從爆炸事件來解讀“鋰電池是如何工作的”——材料人Chilly(共7頁)

1、從爆炸事件來探究(tnji) “鋰電池是如何(rh)工作的”（轉(zhuǎn)載(zhunzi)請注明來自材料人網(wǎng) HYPERLINK /thread-20576-1-1.html /thread-20576-1-1.html）現(xiàn)在鋰離子電池很受歡迎。你能在掌上電腦、移動計(jì)算產(chǎn)品、手機(jī)和蘋果播放器上發(fā)現(xiàn)它們。鋰離子電池如此常見是因?yàn)椋谕葪l件下，它們是電量最高的可充電電池之一。最近鋰離子電池頻繁現(xiàn)諸報(bào)道，因?yàn)樗鼈兣紶枙霈F(xiàn)突然著火的現(xiàn)象。每一百萬鋰離子電池組中僅有23組有問題，所以并不常見。不過當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，后果是及其嚴(yán)重的。當(dāng)事故率較高時(shí)，制造商就不得不在全世界范圍內(nèi)召回電池，這將帶來數(shù)百萬美元的損

2、失。那么問題來了。是什么讓這些電池電力十足、倍受歡迎？它們?yōu)槭裁磿蝗恢?？我們能做什么去阻止這些和延長電池使用壽命?在這篇文章中，我們將回答這些問題并且探究更多問題。鋰離子電池很受歡迎是因?yàn)榕c其它競爭者相比它們有如下優(yōu)勢：1.在尺寸相當(dāng)時(shí)，鋰離子電池同其他類型的充電電池相比通常比較輕。鋰離子電池的電極是由輕質(zhì)的鋰和碳組成，鋰元素也是一種極其活潑的元素，意味著它的原子鍵中蘊(yùn)含著許多能量，對鋰離子電池來說這些能量形成了很高的能量密度。下面這個(gè)對比可以讓您對鋰離子電池的能量密度有一個(gè)直觀感受。典型的鋰離子電池每公斤能夠儲存150瓦特小時(shí)的電量，每公斤鋰氫電池能夠儲存大概100瓦特小時(shí)，雖然60到7

3、0瓦特小時(shí)可能更加典型，而每公斤鉛酸電池僅能儲存25瓦特小時(shí)。使用鉛酸蓄電池技術(shù)，儲存相同容量的電量，需要花費(fèi)6公斤，而一公斤鋰離子電池就能夠做到，這是一個(gè)巨大的區(qū)別?！緛碓矗篍】2.鋰離子電池(dinch)能保持電量。同鋰氫電池每個(gè)月?lián)p失20%的電量相比，鋰離子電池組每個(gè)月僅損失5%的電量。3.鋰離子電池(dinch)沒有記憶效應(yīng)。意味著你不需要像對待其它電池一樣，在充電(chng din)之前給它們完全放電。4.鋰離子電池可以經(jīng)受住千百次的充放電循環(huán)。當(dāng)然并不是說鋰離子電池就是完美無瑕的，它們也有一些不足之處：1.鋰離子電池一出廠就開始退化，無論你用或者不用，從制造出的那一天開始計(jì)算，它們

4、只能使用兩到三年。2.鋰離子電池在高溫下極易受影響。高溫導(dǎo)致鋰離子電池退化遠(yuǎn)超過平時(shí)。3.如果你對鋰離子電池完全放電，它就不能使用了。4.鋰離子電池組必須有一個(gè)保護(hù)電路來管理電池，這使得鋰離子電池的使用成本更加昂貴。5.還有一個(gè)小概率事件就是，如果鋰離子電池組失效，可能會導(dǎo)致著火。這些特性中很多都能夠通過研究鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來理解，我們接下來看鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋰離子電池組形狀各異、大小不同，但它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致，假如你拆開筆記本電腦的鋰電池（當(dāng)然我們并不推薦你這樣做，因?yàn)榭赡芸s短電池使用壽命甚至引發(fā)火災(zāi)），你將會發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)：鋰電池可以是同5號電池看起來幾乎(jh)一樣的

5、圓柱狀電池(dinch)，也可以是棱柱(lngzh)狀的，也就是說正方形或長方形的。計(jì)算機(jī)，包括：1.至少一個(gè)溫度傳感器，用來監(jiān)控電池溫度。2. 一個(gè)電壓轉(zhuǎn)化器和整流電路，用來確保電壓和電流處于安全水平。3. 一個(gè)具有保護(hù)罩的的筆記本連接器，用來傳入/傳出能量及信息。4.一個(gè)電壓抽頭，用來監(jiān)控電池組中獨(dú)立電池的電力容量。5.一個(gè)電池充電狀態(tài)監(jiān)測裝置，是一個(gè)小型的電腦能夠操控整個(gè)電池充電過程來確保電池充電盡可能的迅速、完全。如果電池組在充電或者使用過程中過熱，計(jì)算機(jī)將完全關(guān)閉電力循環(huán)來嘗試降溫。如果你把筆記本電腦放在溫度極高的私家車中并且試著去使用它，電腦會無法供電，除非溫度降下來。如果哪一次電

6、池被完全放電，電池組將停止工作因?yàn)殡姵匾呀?jīng)報(bào)廢了。電池組也可以記錄充放電循環(huán)的次數(shù)并且發(fā)出信息，然后筆記本電腦的電池記錄儀能夠告訴你電池還剩多少電量。它是一個(gè)機(jī)靈而精細(xì)的小型電腦，并且它能消耗電池的功率。這些功率消耗是鋰離子電池閑置時(shí)每月?lián)p耗5%電量的原因之一。鋰離子電池和大多數(shù)的電池一樣，鋰離子電池有一個(gè)用金屬做的外殼。在這里金屬的使用時(shí)及其重要，因?yàn)殡姵厥羌訅旱?。金屬外殼有各種各樣的壓敏排氣孔。如果電池過熱以至于有過壓而爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，排氣孔將會釋放出額外的壓力。電池可能因此而之后報(bào)廢，所以這個(gè)事情需要避免。排氣孔作為一個(gè)安全措施是必須存在的。正溫度系數(shù)（PTC）轉(zhuǎn)換器也是如此，它可以避免電池

7、組過熱。金屬外殼包含了一個(gè)(y )很長的螺旋形物，螺旋形物由三個(gè)壓在一起的薄片構(gòu)成：正電極、負(fù)電極、隔板( bn)在外殼里面，這些(zhxi)薄片被浸沒在用作為電解液的有機(jī)溶劑中。這個(gè)隔板是一個(gè)很薄的微孔塑料薄板。自如其名，它分隔開正電極和負(fù)電極但是允許離子通過。正電極是由鈷酸鋰（LiCoO2）構(gòu)成，負(fù)電極是由碳棒構(gòu)成。當(dāng)電池充電時(shí)，鋰離子通過電解液從正電極到負(fù)電極然后粘附到碳棒上，在放電時(shí)，鋰離子從碳棒上移回到LiCoO2上。這些鋰離子的移動發(fā)生在一個(gè)相當(dāng)(xingdng)高的電壓之下，所以每個(gè)電池產(chǎn)生3.7伏特電壓。這個(gè)數(shù)值比你在超市中買到的普通AA堿性電池的典型(dinxng)電壓要高很

8、多，這有助于鋰離子電池在小型設(shè)備中實(shí)現(xiàn)緊湊化，比如(br)手機(jī)。接下來我們將探討如何延長鋰電池的壽命并且探究為什么它們會爆炸等問題。鋰電池的“生”與“死”鋰離子電池組比較昂貴(nggu)，所以如果你想使你的鋰電池壽命更長，下面(xi mian)是一些注意事項(xiàng)：1.鋰元素偏愛局部放電而不是深度放電，因此最好(zu ho)避免將電量一路下降到零。因?yàn)殇囋貨]有記憶效應(yīng)，所以局部放電對它無害。如果鋰離子電池的電壓下降到一個(gè)特定的水準(zhǔn)，就報(bào)廢了。2.鋰離子電池的壽命。它們僅能使用兩到三年，即使是放在架子上沒有使用。所以不要帶著電池組將能使用五年的想法去“避免使用”電池，它不能做到的。同樣，如果你正在買

9、一個(gè)新的電池，你需要確保它是否真的是新的。如果鋰電池已經(jīng)存放在架子上一年時(shí)間了，它將無法長時(shí)間使用，出廠時(shí)間是很重要的。3.避免高溫(gown)，高溫會使鋰電池退化。鋰電池爆炸(bozh)之前我們講到如何使鋰電池壽命更長，現(xiàn)在我們將探討(tnto)為什么它們會爆炸。如果鋰電池的溫度足夠高以至于點(diǎn)燃了電解液，你將會面臨一場火災(zāi)。在網(wǎng)上有視頻剪輯和照片能夠表明這些燃燒能夠有多么的嚴(yán)重。加拿大廣播公司（CBC）發(fā)文章筆記本電腦爆炸的夏天綜述了幾起類似的事件。當(dāng)一個(gè)上述的火災(zāi)發(fā)生時(shí)，通常是由于電池內(nèi)部的短路引起。回想先前的部分，鋰離子電池包含一個(gè)使正負(fù)電極分離開來的薄板。如果薄板被擊穿正負(fù)電極相接觸，

10、電池將迅速升溫。你可能已經(jīng)經(jīng)歷過種電池產(chǎn)生的這種溫度，如果你曾經(jīng)把一個(gè)正常的9伏電池放到你的荷包里，恰好一個(gè)硬幣短路了電池正負(fù)兩級，電池會變得相當(dāng)?shù)臒?。?dāng)隔板失效時(shí)，同樣的短路會在鋰離子電池內(nèi)部發(fā)生。因?yàn)殇囯姵厥侨绱说挠谢盍?，它們變得很熱。高溫?dǎo)致電池排除作為電解液的有機(jī)溶劑，并且熱量（或者附近的火星）能夠點(diǎn)燃有機(jī)溶劑。一旦這些發(fā)生在一個(gè)電池的內(nèi)部，燃燒的熱量流注到其他的電池上然后整個(gè)電池組遍布火焰。有必要指出的是鋰離子電池著火是及其少有的事情。并且，幾起失火和零星報(bào)道就足以促成一場召回。文章由 HYPERLINK / t _blank 材料人網(wǎng)編譯團(tuán)隊(duì)趙建偉提供素材，西安分組蘇俊臣翻譯，李明星校對，丁俊豪審核。原文和背景知識請猛戳這里: HYPERLINK /thread-20576