什么是鋰電池，為什么鋰電池會(huì)爆炸？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-18 13:00
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盡管鋰電池總體上非常安全，但它們偶爾會(huì)著火或爆炸。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，比如三星的Galaxy Note 7的慘敗，或者惠普最近的筆記本電腦召回事件，這一直是個(gè)大新聞。那么到底是怎么回事，為什么電池有時(shí)會(huì)砰的一聲爆炸？讓我們來(lái)一探究竟。
可充電的鋰電池——廣泛使用于筆記本電腦、手機(jī)、平板電腦里，以及幾乎所有你擁有的現(xiàn)代設(shè)備，以及電動(dòng)汽車(chē)和飛機(jī)——是支撐便攜式設(shè)備發(fā)展的重要組成部分。如果沒(méi)有鋰電池，我可能就無(wú)法在咖啡店里寫(xiě)這篇文章，除非把電腦一直插在電源插座上。
鋰電池內(nèi)部到底是什么呢？
要理解為什么鋰電池有時(shí)會(huì)失靈，你需要知道在蓋子下到底在發(fā)生什么。在每一個(gè)鋰電池中，都有兩個(gè)電極——帶正電的陰極和帶負(fù)電的陽(yáng)極——用一層薄的“微塑料”隔開(kāi)，使兩個(gè)電極無(wú)法接觸。當(dāng)對(duì)鋰電池充電時(shí)，鋰離子會(huì)從陰極通過(guò)分離器和導(dǎo)電流體的微孔到達(dá)陽(yáng)極。當(dāng)電池放電時(shí)，鋰離子從陽(yáng)極流向陰極時(shí)發(fā)生與之相反的情況。這是給筆記本電腦供電的反應(yīng)。
小型電池，比如智能手機(jī)里的電池，通常只有一個(gè)鋰離子電池。更大的電池，比如筆記本電腦，通常有6到12個(gè)鋰離子電池。電動(dòng)汽車(chē)和飛機(jī)上的電池可以有數(shù)百個(gè)電池
是什么讓鋰電池爆炸？
讓鋰電池變得如此有用的東西，也能讓它們有著火或爆炸的能力。鋰在儲(chǔ)存能量方面非常出色。當(dāng)它作為涓涓細(xì)流被釋放時(shí)，它會(huì)為你的手機(jī)供電一整天。但當(dāng)它一次性全部釋放時(shí)，電池就會(huì)爆炸。
大多數(shù)鋰電池起火和爆炸都是由于短路引起的。這種情況發(fā)生在塑料分離器失靈的情況下，從而讓陽(yáng)極和陰極直接接觸。一旦這兩極聚在一起，電池就會(huì)開(kāi)始過(guò)熱。
分隔器可能會(huì)失靈的原因有很多：
1、糟糕的設(shè)計(jì)或制造缺陷：電池的設(shè)計(jì)很差，就像Galaxy Note 7一樣。在這種情況下，電池中沒(méi)有足夠的空間放置電極和分離器。在一些模型中，當(dāng)電池被充電時(shí)，電極就會(huì)彎曲并導(dǎo)致短路。即使是設(shè)計(jì)好的電池如果質(zhì)量控制不夠嚴(yán)格或者制造有缺陷也會(huì)造成電池爆炸。
2、外部因素：極端高溫肯定會(huì)造成分隔器失靈。電池離火源太近或者身處火中都會(huì)導(dǎo)致電池爆炸。其他的外部因素也會(huì)導(dǎo)致鋰電池失效。如果使勁摔手機(jī)(或摔過(guò)多次)，都有可能損壞分離器，導(dǎo)致電極接觸。如果你刺穿了電池(不管是偶然的還是故意的)，那么幾乎肯定會(huì)造成短路。
3、充電器問(wèn)題：質(zhì)量差或絕緣性不好的充電器也會(huì)損壞鋰電池。如果充電器短路或在電池附近產(chǎn)生熱量，它就能造成足夠的損壞，導(dǎo)致故障。這就是為什么我們建議只使用官方充電器(或者至少是那些來(lái)自信譽(yù)良好的品牌的高質(zhì)量的第三方充電器)。
4、熱失控和多電池：雖然與大多數(shù)智能手機(jī)中發(fā)現(xiàn)的單一電池不相關(guān)(iPhone X實(shí)際上有兩個(gè)電池)，但只有一個(gè)電池單元失靈后第二個(gè)才會(huì)啟動(dòng)。一旦一個(gè)鋰電池過(guò)熱，就會(huì)產(chǎn)生一種叫做“熱失控”的多米諾效應(yīng)。“對(duì)于像特斯拉Model s這樣有數(shù)百個(gè)電池的電池組來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)非常大的問(wèn)題。
盡管鋰電池有時(shí)會(huì)失敗，但它仍是一種安全而成熟的技術(shù)。正因?yàn)槿绱?，?dāng)電池突然爆炸時(shí)，它才會(huì)成為新聞，而這也顯示出出現(xiàn)重大故障是多么的罕見(jiàn)。電池制造商為防止電池故障，安裝了大量的防護(hù)措施，或者至少減輕了故障所造成的損害。
一度風(fēng)光的磷酸鐵鋰電池，逐漸淪為動(dòng)力電池市場(chǎng)“少數(shù)派”。數(shù)據(jù)顯示，今年前三季度磷酸鐵鋰電池市場(chǎng)份額降至不足40％；而2016年占比超過(guò)70％。由于產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，今年以來(lái)，磷酸鐵鋰材料價(jià)格同比下降約30％。
磷酸鐵鋰材料廠商面臨困境的原因，主要在于新能源汽車(chē)市場(chǎng)的增量已由客車(chē)切換為乘用車(chē)，補(bǔ)貼政策導(dǎo)向及乘用車(chē)本身對(duì)高能量密度的追求，使得能量密度不夠高的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池市場(chǎng)占比萎縮。同時(shí)，發(fā)展可期的儲(chǔ)能領(lǐng)域短期難以起量。
為應(yīng)對(duì)電池技術(shù)路線的切換，比亞迪、國(guó)軒高科等動(dòng)力電池頭部企業(yè)進(jìn)行兩手準(zhǔn)備，提升磷酸鐵鋰性能的同時(shí)，蓄力發(fā)展三元電池。
對(duì)于三元電池原材料價(jià)格上漲，磷酸鐵鋰電池能否收復(fù)乘用車(chē)失地的問(wèn)題仍存在爭(zhēng)議。爭(zhēng)論的焦點(diǎn)一是提高磷酸鐵鋰能量密度會(huì)否引發(fā)安全問(wèn)題；二是補(bǔ)貼政策退出后，磷酸鐵鋰會(huì)否因?yàn)閮r(jià)格優(yōu)勢(shì)重新崛起。
一度風(fēng)光的磷酸鐵鋰電池，逐漸淪為動(dòng)力電池市場(chǎng)“少數(shù)派”。數(shù)據(jù)顯示，今年前三季度磷酸鐵鋰電池市場(chǎng)份額降至不足40％；而2016年占比超過(guò)70％。由于產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩，今年以來(lái)，磷酸鐵鋰材料價(jià)格同比下降約30％。
磷酸鐵鋰材料廠商面臨困境的原因，主要在于新能源汽車(chē)市場(chǎng)的增量已由客車(chē)切換為乘用車(chē)，補(bǔ)貼政策導(dǎo)向及乘用車(chē)本身對(duì)高能量密度的追求，使得能量密度不夠高的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池市場(chǎng)占比萎縮。同時(shí)，發(fā)展可期的儲(chǔ)能領(lǐng)域短期難以起量。
為應(yīng)對(duì)電池技術(shù)路線的切換，比亞迪、國(guó)軒高科等動(dòng)力電池頭部企業(yè)進(jìn)行兩手準(zhǔn)備，提升磷酸鐵鋰性能的同時(shí)，蓄力發(fā)展三元電池。
對(duì)于三元電池原材料價(jià)格上漲，磷酸鐵鋰電池能否收復(fù)乘用車(chē)失地的問(wèn)題仍存在爭(zhēng)議。爭(zhēng)論的焦點(diǎn)一是提高磷酸鐵鋰能量密度會(huì)否引發(fā)安全問(wèn)題；二是補(bǔ)貼政策退出后，磷酸鐵鋰會(huì)否因?yàn)閮r(jià)格優(yōu)勢(shì)重新崛起。
受挫乘用車(chē)市場(chǎng)
對(duì)磷酸鐵鋰材料廠而言，最大困境在于客車(chē)市場(chǎng)銷(xiāo)售增速放緩，而儲(chǔ)能領(lǐng)域難以短期上量。同時(shí)，受制于磷酸鐵鋰電池本身能量密度的短板，無(wú)法抓住乘用車(chē)這一高速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。
真鋰研究的數(shù)據(jù)顯示，2018年前三季度，在29.5GWh的動(dòng)力電池總裝機(jī)量中，EV乘用車(chē)市場(chǎng)前3季度累計(jì)裝機(jī)16.1GWh，占比達(dá)54.4％，排名第一。單看今年9月的數(shù)據(jù)，電動(dòng)乘用車(chē)實(shí)現(xiàn)裝機(jī)3.31GWh，比去年的總和還多，同比增長(zhǎng)高達(dá)165.6％。
“以前是得電動(dòng)客車(chē)者得天下，現(xiàn)在是得電動(dòng)乘用車(chē)者得天下。”墨柯說(shuō)。
今年前三季度，在電動(dòng)乘用車(chē)16.06GWh的總裝機(jī)量中，13.98GWh采用三元電池，占比約為87％；而磷酸鐵鋰電池占比僅12％。“還有少數(shù)乘用車(chē)在用磷酸鐵鋰電池。比如，不追求高續(xù)航、用于城市通勤的乘用車(chē)，或者低速車(chē)。”天風(fēng)證券分析師楊藻指出。
磷酸鐵鋰電池和三元電池能量密度差距有多大？“目前磷酸鐵鋰單體電芯能量密度約在140-150Wh/kg，電池系統(tǒng)能量密度約為110－120Wh/kg。而常見(jiàn)的三元電池單體電芯為200Wh/kg，系統(tǒng)能量密度約在140Wh/kg。”羅煥塔告訴中國(guó)證券報(bào)記者。
為何高能量密度成為電池廠、車(chē)企競(jìng)逐的目標(biāo)？一方面受補(bǔ)貼政策引導(dǎo)。根據(jù)2018年6月實(shí)施的補(bǔ)貼新政，電池系統(tǒng)能量密度補(bǔ)貼門(mén)檻由2017年的90Wh/kg提升105Wh/kg，105（含）-120Wh/kg的車(chē)型按0.6倍補(bǔ)貼，120（含）-140Wh/kg的車(chē)型按1倍補(bǔ)貼，140（含）-160Wh/kg的車(chē)型按1.1倍補(bǔ)貼，160Wh/kg及以上的車(chē)型按1.2倍補(bǔ)貼。換言之，搭載磷酸鐵鋰電池的乘用車(chē)只能拿到0.6倍或1倍的補(bǔ)貼，而三元電池一般而言至少能拿到1倍以上補(bǔ)貼。
