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锂电池为什么总是起火

2014-02-07 22:05  已被阅读

摘要:在过去的一年里,锂蓄电池因为各种原因事故频频占据报纸的头条。日本的调查员目前正在调查东京成田机场的波音787梦想飞机上的锂离子电池过热的原因。去年,自从波音公司两架飞机的锂电池起火之后,波音公司就暂停了所有...

在过去的一年里,锂蓄电池因为各种原因事故频频占据报纸的头条。日本的调查员目前正在调查东京成田机场的波音787梦想飞机上的锂离子电池过热的原因。去年,自从波音公司两架飞机的锂电池起火之后,波音公司就暂停了所有新一代飞机的生产。(波音787系列在配备了防止飞机电池起火的改良系统后已经重返天空。)电动汽车生产商特斯拉(Tesla)公司的豪华车系列,曾经由于道路垃圾损坏了装载汽车锂电池的汽车底板,导致汽车两次起火。后来特斯拉才更新了Model S豪华车的远程软件。锂电池之所以被人们广泛应用,是因为它的能量密度高,也就是说锂电池重量轻,结构紧凑,但能够储存很多能量。不过,锂电池容易造成昂贵的机械装置被烧毁。

锂电池起火已经不是什么新现象。幸运的是,这种现象并不是经常发生。在2006年,索尼公司生产的锂离子电池组里有几百件都出现电池过热现象,有些电池组还出现起火现象。随后,索尼的数百万件锂离子电池均得到了更换。在此之前,很多笔记本电脑制造商都使用锂离子电池作为笔记本的充电池。更换之后,电池的生产流程有了改进,起火现象仍然还是相对少出现。特拉斯的创立人伊隆·马斯克(Elon Musk)指出,在目前市面上的3万辆特拉斯电动汽车里,每1万辆车中只有1辆发生起火现象。这听起来有些严重,不过燃油汽车着火的统计数据则是,每1300辆燃油汽车里就有1辆起火。此外,并不是只有锂电池才会引起电动汽车起火。旧的铅酸蓄电池也会造成汽车爆炸。然而,现在几乎任何轻便的电子设备都使用锂电池,因此人们应该谨慎对待锂电池。

锂离子电池之所以有如此大的吸引力,原因是锂元素是密度最小的金属元素。这意味着同等重量下,锂电池比其他类型的电池储存的能量更多。不过,锂元素是一种高活性元素;锂属于碱性金属家族,含有元素纳和钾,而我们在学校的化学课堂上就非常熟悉,钠和钾是高活性元素。和所有其他类型的电池一样,锂电池里包含两个电极,由电解质分隔开来。一般来讲,锂电池的电解质是一种包含锂盐和有机溶剂的溶液。电池充电时,锂离子经过电解质运动到碳阳极。放电时,锂离子又会回流到碳负极,从而形成电路里电子的平衡流动,为设备提供能量。如果有什么小的故障发生,或者分离电池内各要素的超薄分离器造成了损坏,电池就会出现问题,导致内部短路,随后热量会开始堆积。这会引起所谓的“热失控”,即电池出现过热现象,着起火来。有一块电池出现这一问题,相邻的电池就会过热,这也是为什么一些电池组里的电池(如特斯拉电动汽车里的电池)被放置在不同的保护隔间内。锂电池的使用环境过热、过度放电或者充电,都会损坏电池,因此大多数锂电池都包含特殊的电路来防止这些问题的出现。电池出了问题就会起火,这是电池的属性之一。

有两个方法可以保持锂离子电池的相对安全——不断更新电池的生产技术和使用灵敏的控制系统来监测电池的温度并控制电池的充电和放电。锂电池除了能量密度高这一优点,另一个优点就是不受“存储存应”的影响,也就是说,多次部分充电和放电不会造成电池储能的减少。然而,完全耗完电池的电能则会损坏电池。因此,必须有电力电子元件来防止这一情况发生。研究者正在努力寻找能量密度更高的可替代锂离子电池里的元素锂的化学成分,不过替代成分也将会有一些不良的特点,也需要小心处理才行。就目前而言,充电电池的最佳化学材料还是锂元素。

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