鋰電池是什麼?

摘錄於天下雜誌

根據美國能源部的說法:“鋰電池是由一個陽極、一個負極、一個隔離板、一個電解液和兩個電流器(正負極)組成的。陽極和負極的作用是儲存鋰。電解液將帶正電荷的鋰離子從陽極帶到負極,反之亦然。鋰離子的運動在陽極中產生自由電子,在正電流收集器處產生電荷。然後,電流從收集電器通過一個被供電的設備(手機、電腦等)流向負電流收集器。隔離板會封鎖電池內的電子流動。”
近期多起電動汽車起火爆炸事件再次將動力電池的安全性問題推上了風口浪尖,工研院所長彭裕民指出,鋰電池的安全問題主要來自於電池內部溫度升高,包括電池不當加熱、過度充電、正負極材料接觸造成短路,都會造成鋰電池內部溫度升高。


什麼原因會造成下鋰電池容易起火?

鋰電池從上市到現在已經發展幾十年了,目前市面上的大部分手機內置的也是鋰電池,儘管發展幾十年,但鋰電池仍不能保證百分百安全,在某些特定環境下,甚至會發生爆炸。這是因為鋰離子電池容易發生熱失控,當阻擋電池中電子流動的隔離板失效時,陽極和陰極直接接觸,就會發生這種情況。依內政部消防署統計,全國去年2020年1到5月已發生32起鋰電池火災,大至儲能站、儲能櫃,小至行動電源,而下列幾點為鋰電池爆炸起火的原因:

  1. 鋰電池負極容量不足
    當鋰電池正極部位的負極部位容量不足時,充電時所產生的鋰原子無法插入負極石墨的間層結構中,會沉澱在負極的表面,形成結晶。在鋰電池中長期形成結晶會導致短路,這時電芯急劇放電,會產生大量的熱,燒壞隔膜。高溫會使電解液分解成氣體,當壓力過大時,電芯就會爆炸。
  2. 水分含量過高
    充電時,水分和鋰發生反應,生成氧化鋰,使電芯的容量損壞。水分的分解電壓較低,充電時很容易分解生成氣體,當這一系列生成的氣體會使電芯的內部壓力增大,當電芯的外殼無法承受時,電芯就會爆炸。
  3. 內部短路
    內部電芯短路造成大電流放電,產生大量的熱,燒壞隔膜,而造成更大的短路現象,會使電解液分解成氣體,內部壓力過大,電芯就會爆炸。
  4. 鋰電池過充
    電芯過充電時,正極的鋰過度放出會使正極的結構發生變化,而放出的鋰過多也容易無法插入負極中,也容易造成負極表面結晶鋰,而且,當電壓達到4.5V以上時,電解液會分解生產大量的氣體,所以上面種種狀況均可能造成爆炸。
  5. 外部短路
    外部短路可能由於正負極接錯所導致,由於外部短路,電池放電電流很大,會使電芯的發熱,高溫會使電芯內部的隔膜收縮或完全損壞,內部短路造成鋰電池爆炸。

鋰電池安全問題確實存在,除了製造商必須認清及防範使用鋰電池可能帶來的安全風險外,一般消費大眾也同樣有責任,必須正視鋰電池的危險,了解鋰電池的燃燒特性,才能避免發生意外。


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