鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:907次 | 2021年04月07日
鋰離子電池時(shí)代將被終止,十二分鐘充滿電是真的嗎
隨著科技的發(fā)展,手機(jī)的技術(shù)也有了很大的進(jìn)步,作為手機(jī)的重要配件電池也有了很大的發(fā)展。以前我們的手機(jī)還是按鍵式的時(shí)候,手機(jī)的電池是可以卸下來的。后來手機(jī)過渡到智能機(jī),這時(shí)候都是一體機(jī)了,電池是和手機(jī)連在一起的,這時(shí)候就是鋰離子電池了,鋰離子電池一般都是充的時(shí)間較長,用的又很快。近幾年手機(jī)在性能包括存儲(chǔ)方面有了很大的進(jìn)步,可是電池方面卻沒有多大的發(fā)展,充其量也就只是手機(jī)電池的容量擴(kuò)大了一些。
可是最近三星公司卻傳來了好消息,他們表示已經(jīng)完成了對石墨烯材料做成的電池的研發(fā),而且不久將會(huì)運(yùn)用到手機(jī)中,使用石墨烯電池后,手機(jī)的電容量將會(huì)新增百分之五十左右,而且以前我們想的十幾分鐘充滿電將不再是夢。其實(shí)石墨烯電池早就已經(jīng)研發(fā)出來了,但是因?yàn)樵靸r(jià)太高,一直存放在實(shí)驗(yàn)室里,據(jù)說石墨烯的價(jià)格可以和黃金相比,在性能方向我們完全不用擔(dān)心。
美國的有些實(shí)驗(yàn)室已相關(guān)經(jīng)驗(yàn)證過了,石墨烯做的電池,它的充放電的速度至少是鋰離子電池的十倍左右。我們選擇手機(jī)電池最重要的就是要充電快和電容量大這兩個(gè)因素,石墨烯電池完全符合消費(fèi)者的需求,可以想到石墨烯電池一旦投入到使用中,將會(huì)很受消費(fèi)者的青睞。全球很多的國家都在對石墨烯進(jìn)行研究,他并不只是可以應(yīng)用到電池上,在很多的方面都可以運(yùn)用。
我國目前有關(guān)石墨烯的專利已經(jīng)有上千項(xiàng)了。其實(shí)早在2016年的時(shí)候,我國的華為手機(jī)早就已經(jīng)在日本的電池大會(huì)上推出過類似石墨烯電池的產(chǎn)品,這個(gè)電池已經(jīng)是通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了,它比普通的鋰離子電池更耐高溫,而且使用壽命也大大的延長了,至少是以前的兩倍。不過跟三星這次研發(fā)出來的石墨烯電池還是有不同的,華為2016年公布的這款電池它并不是真正意義上的石墨烯電池,它只是利用了石墨烯材料的熱傳導(dǎo)性很好的特點(diǎn),用它來輔助手機(jī)和電池進(jìn)行散熱。
三星即將投入應(yīng)用的石墨烯電池在安全性方面也有很大的突破,他不會(huì)像傳統(tǒng)的鋰離子電池相同容易讓那個(gè)手機(jī)發(fā)熱、發(fā)燙,嚴(yán)重的時(shí)候可能還會(huì)爆炸,出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。三星手機(jī)最開始的時(shí)候就發(fā)生了幾起很嚴(yán)重的爆炸事件,或許三星就是因?yàn)檫@樣痛定思痛,最后才將石墨烯電池研發(fā)出來的吧。方形LiCoO2-石墨電池,標(biāo)稱容量為6.8Ah,在烤箱中被外部加熱。該研究包括循環(huán)老化的電芯,儲(chǔ)存在60℃的非循環(huán)電芯以及在室溫下儲(chǔ)存的非循環(huán)電芯。研究了工作和非工作(失效)電芯。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在外部加熱時(shí),所有電池都會(huì)出現(xiàn)熱失控,釋放煙霧和氣體。關(guān)于大約一半的工作電芯,在熱失控后約15秒內(nèi),積聚在烘箱中的氣體被點(diǎn)燃導(dǎo)致氣體爆炸,并伴隨著重要的煙氣釋放過程。
無論是否曾經(jīng)循環(huán)過的電芯,并沒有影響氣體爆炸的發(fā)生,它們發(fā)生在0-300個(gè)全深循環(huán)的所有循環(huán)老化水平。
使用FTIR分析氣體。無論是否有火焰出現(xiàn),都檢測到HF氣體的存在。
另一種釋放出潛在有毒氣體的HF前體POF3,也與HF同時(shí)檢測到。另外檢測到有害氣體CO。熱失控溫度約為190C,并且顯示與老化過程中的循環(huán)次數(shù)有微弱的相關(guān)性,在0至300次循環(huán)的測試循環(huán)范圍內(nèi),100至200次循環(huán)之間,是出現(xiàn)最少有毒氣體的老化階段。
測試了三個(gè)失效電芯,其中一個(gè)在229次循環(huán)后在循環(huán)中發(fā)生突然失效,還有兩個(gè)未循環(huán)但在60C保存10個(gè)月的電芯也出現(xiàn)了失效。失效電芯也會(huì)進(jìn)入熱失控狀態(tài);然而,它們對熱失控溫度升高和溫度升高速率的反應(yīng)明顯較低。這些電池沒有火花、燃燒或瓦斯爆炸現(xiàn)象。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
1引言
與其他類型的電池相比,鋰離子電池發(fā)熱較大,其氣體排放,爆炸、起火的風(fēng)險(xiǎn)更高。這些風(fēng)險(xiǎn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被充分理解,而通過研究和事故分析是有可能提高系統(tǒng)安全性的。風(fēng)險(xiǎn)的類型和嚴(yán)重程度取決于不同的應(yīng)用和電池系統(tǒng)的大小。由于電池和模塊故障的可傳播性,隨著電池系統(tǒng)尺寸的新增,故障后果可能會(huì)顯著新增。
鋰離子電池包含所有必要的火焰三角形的三個(gè)部分;熱/點(diǎn)火器,可燃物質(zhì)和氧氣。此外,一旦過熱,典型地從70℃~120℃開始,鋰離子電池開始臌脹并能夠釋放氣體(排氣)。排出的氣體易燃且有毒。假如溫度足夠高,達(dá)到的150℃~200℃,電池自生熱進(jìn)入加速階段,熱失控(TR)可能發(fā)生。術(shù)語熱失控的起始溫度是指放熱反應(yīng)開始并最終導(dǎo)致熱失控的溫度,而熱失控溫度是指熱失控的非??焖俚臏囟壬?。熱失控通常伴隨著大量煙氣釋放,可能伴隨電池箱破損,燃燒或瓦斯爆炸。因此熱失控過程存在兩種重要類型的爆炸:電池殼體爆炸和與空氣混合的可燃排放氣體的氣體爆炸。圓柱形和硬質(zhì)方形電池可以出現(xiàn)高內(nèi)部壓力,因此設(shè)計(jì)為通過內(nèi)置電池安全閥釋放氣體,但是假如排氣故障,電池內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)極大的壓力,導(dǎo)致電池殼體爆炸。有兩種這樣的爆炸形式,一種是電池內(nèi)部的爆炸,另一種是封閉或半封閉外殼中積累的可燃?xì)怏w與空氣的混合氣體延遲點(diǎn)燃引起的爆炸。可燃?xì)怏w爆炸的后果可能比電池爆炸的后果嚴(yán)重得多。
排出的氣體可以包含溶劑蒸發(fā)和分解生成的產(chǎn)物,例如CO,CO2,H2,CH4。除CO外,還可以釋放大量不同的有毒化合物,包括氟化物氣體。氟化氫(HF)已經(jīng)引起了最多的關(guān)注,是非常有毒的氣體。很少有已經(jīng)發(fā)表的研究報(bào)告說明商業(yè)鋰離子電池濫用期間釋放的HF量,和電解質(zhì)燃燒釋放的HF的量。電池中的氟來自鋰鹽,如LiPF6,而且還來自電極粘合劑,如PVdF,電極材料和涂層,例如氟磷酸鹽和AlF3陰極涂層,以及含氟添加劑如阻燃劑。電池安全性非常復(fù)雜,整體觀點(diǎn)非常重要,例如通過引入AlF3涂層,熱失控發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)可以降低,而有毒氟化物氣體排放和氣體爆炸的風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)新增。因此整體安全難以評估,這取決于電池的大小和情況,并且對一個(gè)參數(shù)的改進(jìn)實(shí)際上可能會(huì)惡化整體安全性。