鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1170次 | 2018年12月16日
新的鋰離子電池設(shè)計(jì)理念可以讓手機(jī)不再發(fā)生爆炸
三星GalaxyNote7手機(jī)爆炸事件讓其用新產(chǎn)品引領(lǐng)潮流的愿望擱淺,也讓一個(gè)名為ATL的電池供應(yīng)廠商被更多消費(fèi)者熟知。
然而對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō),這次事件更大的作用則是喚醒了人們對(duì)電子產(chǎn)品安全問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)的麻木,讓越來(lái)越多的人開始重視消費(fèi)類電子產(chǎn)品的安全性。
三星采用的是通用鋰離子電池作為手機(jī)電源,后來(lái)官方的事故調(diào)查聲明也承認(rèn)是電池制造導(dǎo)致的內(nèi)部缺陷引起了發(fā)熱和爆炸。
另外一位鋰離子電池商業(yè)化的積極推動(dòng)者特斯拉似乎沒(méi)有電池安全隱患方面的困擾。
根據(jù)公開的消息,特斯拉modelS的電源位于車輛底部,采用松下的鋰離子電池,整個(gè)電池組包含8000塊電池單元,以串并聯(lián)的方式連結(jié)。
從電源材料選用上說(shuō),特斯拉的電池并沒(méi)有特殊之處,作為傳統(tǒng)汽車制造業(yè)的革新者,其核心技術(shù)是在新能源汽車電路的設(shè)計(jì)和多重安全性保障上。
鋰離子電池由于能量密度大等一系列優(yōu)點(diǎn)而被快速商業(yè)化,但在鋰離子電池在充放電的過(guò)程中,正極的氧化還原反應(yīng)是十分劇烈的,因此,其充電條件一直以來(lái)受到嚴(yán)格限制。
實(shí)際使用中,鋰離子電池其實(shí)是電芯連同一套安全保護(hù)電路和多種安全裝置一起封裝而成,這些安全設(shè)計(jì)可以保障電池在過(guò)度充電、過(guò)度放電和短路時(shí)自動(dòng)切斷電源。
甚至電池內(nèi)部壓力過(guò)高時(shí)還會(huì)觸發(fā)排氣裝置減壓,溫度過(guò)高也會(huì)觸發(fā)熱熔保護(hù)裝置。
目前手機(jī)和電腦中使用的鋰離子電池通常依賴液體作為電解質(zhì),其由有機(jī)溶劑和溶解的鹽組成。
液體電解液使得帶電離子能夠在被半透膜所分離的電極之間有效移動(dòng),從而產(chǎn)生電流。
但流體電解質(zhì)易于導(dǎo)致鋰的結(jié)晶:這種樹枝狀微晶鋰?yán)w維,是發(fā)生電池短路和充電時(shí)電池快速溫度升高的元兇之一。
解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一是在電池中使用的電解質(zhì)上做文章。
最近,加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的博士后研究員CyrusRustomji和他的同事們嘗試使用液化氟化物氣體溶劑作為電解質(zhì)。
實(shí)驗(yàn)電池在經(jīng)歷400次完整的充放電循環(huán)后,其充電時(shí)間還與新產(chǎn)品保持同一水平;微觀檢測(cè)結(jié)果顯示,氣體電池內(nèi)部也沒(méi)有產(chǎn)生樹突結(jié)晶。這份研究發(fā)表在前段時(shí)間的《Science》上。
如果標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池被刺穿,并且分離電極的半透膜被刺穿,這將會(huì)引起電極的接觸和短路,隨后鋰電極在電解質(zhì)存在的環(huán)境中發(fā)生劇烈的反應(yīng)過(guò)熱,將可能導(dǎo)致火災(zāi),從外部進(jìn)入的氧氣將加劇燃燒。
但是,氟甲烷僅在壓力下液化,所以如果新電池被刺穿,壓力釋放,氟甲烷液體在常壓下會(huì)恢復(fù)到氣體狀態(tài),氣體隨后逃逸。論文的主要作者Rustomji解釋說(shuō)。
因此,“沒(méi)有電解液會(huì)造成離子運(yùn)動(dòng)的沖擊”,所以不會(huì)引起發(fā)熱和起火,他說(shuō)。
Rustomji說(shuō),與標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池不同,目前來(lái)看,這種電池在低至零下60攝氏度的溫度下表現(xiàn)良好,這對(duì)高空無(wú)人機(jī)和遠(yuǎn)程航天器所處的供電環(huán)境是個(gè)有效補(bǔ)充。
由于氣體當(dāng)溫度升高時(shí)其體積膨脹的敏感度要遠(yuǎn)強(qiáng)于液體,MIT材料化學(xué)教授DonaldSadoway也補(bǔ)充提到,研究人員需要以確保過(guò)熱不會(huì)導(dǎo)致電池的液化氣體迅速膨脹并導(dǎo)致危險(xiǎn)的出現(xiàn)。