锂电池容易自燃?这是一个误解

2019年11月19日17:43:52 评论 219 3947字

在网上经常会看到锂电池自燃的消息,比如今天,2019年11月19日澎湃新闻就报道了江海区外海中心小学某女生电话手表自燃,并烧伤其手臂的新闻。同时最近网上还有国内某销量领先充电宝多次自燃的新闻,多起儿童玩具锂电池自燃的新闻,电动自行车锂电池自燃新闻等。这么多自燃事故使得消费者形成了锂电池本来就容易自燃的印象,但事实真的是这样吗?

图片来源于澎湃新闻《电话手表突然冒烟自燃,广东江门一小学生被烫伤手腕》

锂电池容易自燃这句话对也不对,对的原因是锂电池里面的锂金属比较活跃,和氧气接触容易快速反应,产生自燃甚至是爆炸,但锂电池在制作过程中已经充分考虑了这一问题,所以在正常使用情况下锂电池并不容易自燃,起码不应该出现像我们日常生活中所见的那么容易自燃。

锂电池有严格的检测标准,比如在130摄氏度下30分钟不自燃、电池以100m/s的速度碰撞1000次不自燃、震动不自燃、特定条件下短路不自燃、针刺不自燃等。而这些测试条件远远要比我们日常生活中使用的环境要苛刻的多,所以只要是完全符合质量标准的电池在正常使用中自燃的概率其实很低。不要说自燃,真正符合质量标准的电池在使用过程中触发安全阀(圆柱类电池)和明显臌胀(软包类电池)的概率都很低。

但是在日常生活中我们购买的儿童玩具、暖手宝、小风扇等低价产品电池故障很常见,尤其儿童玩具使用的聚合物软包电池臌胀问题更是多发,而严重臌胀的下一步就是自燃。充电宝、电动自行车电池等自燃问题同样多发。那么是什么导致了锂电池自燃远远超过理论值?下面我就简单的说下这个问题。

一、不正确的使用方法

1、使用环境不适合

锂电池基本上都是0-45℃充电,-20—60℃放电的使用温度环境,在低温环境下充电和在高温环境下充放电都很容易引起自燃。但在实际使用中很多消费者根本没有注意这个问题,尤其是低温充电问题,北方冬天室外温度经常零下10度左右,这时给锂电池充电就很容易发生危险,高温同样如此。

2、充电器和电池不配套

锂电池对充电电压和电流都有严格的要求,因此每个电池都需要有保护电路,但很多消费者看下只要充电器电压相同就以为是通用的充电器,用铅酸电池组的充电器给锂电池充电就很容易出现过充现象。

3、工厂设计时不够专业

锂电池根据使用环境温度范围、充放电倍率等参数分好多种,但很多公司产产品设计时只考虑了容量问题,而没有考虑其他参数,使用普通电池一直以高倍率放电导致电池自发热严重而自然。或者充电时使用了过高的电流来实现快充目的,结果电池因充电电流过大而自燃。

二、消费过程中劣币驱逐良币

锂电池正常使用比较安全是建立在电池本身是合格产品的基础之上的,但目前市面上充斥着大量的伪劣产品,以低价冲击市场,而消费端在价格驱动下也选择了劣质产品,最终形成恶性循环。这一点在目前的儿童玩具、充电宝、电动自行车电池等对价格敏感的行业中尤为明显。

以充电宝为例,目前给手机厂家的电芯每Ah大概需要7元左右,而给充电宝厂家的电芯则只需要每Ah 2-3元,其品质差异就如同价格差异,一目了然。

消费品市场如此,汽车这种高端产品同样有这个问题,最早电动汽车都是磷酸鉄锂方案的,但磷酸鉄锂能量密度低,价格高,后来车企为了追求续航里程和低价将三元锂电池推向了主流市场。磷酸鉄锂电池最保守的循环寿命有2000次以上,甚至可以达到3000次,而三元电池则只有1000次左右,在安全性上磷酸鉄锂也要比三元好很多。除了材料体系外,圆柱和方形、软包等不同工艺的选择同样如此,从安全性来说圆柱电芯最好,大方形最差,但市场最终选择了大容量方型电池,原因就是单价低。

三、假冒伪劣及以旧充新

目前淘宝上有大把的10元松下、三星电芯,但这些动力电芯的出厂价都远远高于淘宝上的零售价,为什么淘宝上会有如此低的价格?原因不外乎两个,一个是假冒,第二个是拆机旧电池翻新当新电池销售。锂电池在使用过程中要经过严格的分容和配阻,但这些电池基本上都没有经过这一过程,所以在使用过程中问题多多。

四、面对电池问题消费者该怎么选择

面对电池问题消费者该怎么选择?如果要让每个消费者都学会锂电池的专业知识显然是不可能的,因为这样消费成本太高了,在生活中消费者除了要面对锂电池这种配件外还要面对大量的电子元器件、塑料、金属等组件,消费者不可能把所有东西都学会。

有没有简单可行的办法让消费者买到放心的产品?我建议大家在选购商品时尽量选择价格中等偏上的,因为成本决定价格,不要相信商家宣传的低价高质,即使他们销量真的很大,其实销量和质量并没有必然联系。价格最便宜的商品质量必然不好,因为要做到价格低必然所有物料都用低价的,而低价的就意味着品质不好的,这样就导致用这些低价物料制作的产品同样是低质量的。高价虽然不一定意味着质量好,但在充分竞争的市场高价大概率意味着质量好。

除了消费者用货币投票外国家监管也必不可少,但目前国内的市场监管我觉得还有待加强,对于违规的处罚力度太低,纵容了违规行为。以充电宝自燃为例,在国内充电宝自燃多是消费者和商家协商解决,协商的结果大多是赔偿几百最多几千元了事,这样对生产厂家选用劣质电芯没有任何负担。如果在欧美国家,发生自燃问题可能要赔偿上千万人民币,这样很可能让小厂家赔偿破产。

两种不同的监管导致的结果是在美国市场上销售的10000mAh充电宝价格在150人民币左右,而国内同样容量的充电宝只需要50元人民币。到底是那种模式更好,我觉得如果大家觉得价格比安全重要,那么中国的监管模式就好,如果觉得安全比价格重要,那么美国模式就好。

引伸

很多人认为国产商品质量较差,而欧美等发达国家产品质量较好,因此而质疑国内企业的生产制造能力,其实这完全是错误的。国内市场上之所以的会充斥着大量的劣质产品,很大程度上是因为消费者自己的选择方式决定的,跟国家监管、企业的制造能力等都没有关系。

为什么要这样说?继续上面的文章,还拿锂电池来说,在淘宝店铺里,松下3.4AH的18650电芯有30元的,也有10元左右的,但30元的基本上没有销量,而销量则集中在十几元的店铺中,你自己想想那个是真品的概率高?再以手机电池为例,淘宝上有大量的所谓副厂电池,价格大概只有原厂电池的一半甚至更低,你觉得他们的质量能和原厂一致,甚至超越原厂?但淘宝上确实有大量的副厂电池标称比原厂电池容量更高,寿命更长,还是有很多消费者选择。

说完消费端再说生产端,全世界所有商品中起码有70%以上种类的过半生产在中国,包括日本欧美等发达国家的商品。为什么国内的代工企业给这些发达国家生产的产品质量这么好,给国内消费者生产的产品质量就有问题?问题又回到了起点,是消费者选择了品质,而不是生产企业。

专业普及锂电池为什么会自燃

最后在普及下锂电池为什么会自燃的知识,以免有人说我这篇博客是挂羊头卖狗肉。

锂是世界上最活泼的金属之一,遇到空气会发生剧烈化学反应,因此很容易自燃。但在锂电池中锂并不是以锂原子形式存在,而是以化合中的锂离子存在,其活性大大降低。

在电池充电时,正极里的锂原子会丧失电子成为锂离子,产生电势差。电解介质中的锂离子在电势差的作用下,向负极迁移聚集。放电时,整个程序倒过来。整个工作过程是由电极内的锂金属得失和电解液中的电子、锂离子的迁移来共同完成的。

在锂电池的实际应用中,科学家们千方百计地防止电解液中的锂离子向锂金属转化,并把金属锂锁在石墨或锂化合物中,人们常常听说的,磷酸铁锂、钴酸锂就是储存锂原子的材料。同时,为了防止空气进入电池内部,还采取了一系列的防护措施。这使得锂金属不会与氧气接触而发生爆炸,这就是锂电池的抽真空工艺,理论上锂电池内部是没有气体的。

在使用中,锂电池之所以会发生自燃,就是由于防护措施不到位或产生了严重的外力破坏,导致防护失效,而使得金属锂与空气接触所造成的。

目前常用的防止锂电池自燃的方法有外壳防护和隔膜阻断、泄压设计、保护电路四种方法。

外壳防护,为了防止空气进入,锂电池都被封装在密闭外壳中,比如圆柱的钢壳或铝壳,或软包电池的铝塑膜。

隔膜阻断保护,为了防止电池的正负极直接碰触而短路,电池内会有一层隔膜,隔膜是半透性膜,将正负极隔开,又允许带电离子通过。隔膜还有另一种重要作用,在电池温度过高时,隔膜空隙会自动关闭,让锂离子无法穿越,从而终止整个电池的反应。

泄压设计,虽然锂电池隔膜可以防止正极和负极直接接触,并且能够在高温时自动关闭,但是总有意外发生。比如在低温情况下给锂电池充电,因为温度原因锂电池内部会形成锂枝晶,锂枝晶会刺穿隔膜,从而使正负极直接接触短路。在电池自燃前电池内部会因为电解液蒸发而形成大量气体,压力增高,增加爆炸的可能,而这还是电池的泄压阀(一般安装在圆柱电池上)就会打开,让压力释放,从而避免爆炸。软包电池很多工厂会在电池上压一个泄压刻印,当压力达到一定值时刻印位置的铝塑膜会胀破,从而泄压。

保护电路、锂电池过充会引起危险,因此锂电池都设计有保护电路,当电压达到一定值时自动切断充电。

此外还有一些其他非措施,比如科学家们通过电极材料的纳米空隙和材料晶格机制,来存放和锁住在充放电中形成的金属锂。这样一来,即使是电池外壳破裂,氧气进入,也会因氧分子太大进不了这些细小的储存格,而避免自燃的产生。

结语

虽然锂电池设计的很安全,但在使用过程中总会有意外发生,比如电动汽车在发生碰撞时电池严重变形,导致短路自燃等。因此锂电池在理论上是安全的,并且合格的锂电池在正常使用中也是安全的,意外的概率总是比较低。而生活中我们之所以会遇到很多锂电池事故,其原因就是我们使用了大量的不合格锂电池或废旧锂电池。

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