分析:這個問題是問,電池為什麼會自燃,或者電池在什麼情況下容易自燃。
手機能爆炸和自燃的只有電池。手機鋰電池會不會爆炸或者自燃呢,那是肯定的,但非常困難。
科普:要搞懂自燃或者爆炸的原理,我們先了解一下電池的結構原理,簡單畫個圖。
上圖就是鋰電池的原理模型——白色是鋰(Li)原子;黃色和黑色框代表裝鋰原子的載體材料;綠色波浪或者整個win7背景色代表電解液,電池裡的白色漿糊狀東西,起到電離作用;紫色是個隔板(隔膜),只允許離子透過。
充電過程:給正極和負極加一個電源,正極上的Li原子會分解(電離)成一個電子和Li離子(專業術語,脫嵌),電子順著電源外電路跑到負極去了,而鋰離子則會穿過隔板也跑到負極,負極新來的電子和新來的鋰離子相遇(專業術語,插入),又變成鋰原子。也就是說,鋰電池充電,就是把正極的鋰原子放到負極去的一個過程。
放電過程:電池充好電,給正負極上接個手機,負極的大量鋰原子就呆不住了,又會分解(電離)成一個電子和鋰離子(專業術語,脫插),電子經過手機,跑到正極,鋰離子穿過隔板也跑到正極,電子和鋰離子相遇合成鋰原子(嵌入)。也就是說,使用手機的過程就是負極的鋰原子又跑到正極去了。
鋰電池充電放電,鋰原子跑過來來跑過去,理論上不會有損耗,其實與電解液發生反應還有損耗的,這個損耗就是鋰電池的壽命。
現在世界上的鋰電池研究,主要是對裝鋰原子正負極材料的研究,不能正負極都用純鋰,純鋰裝不了多少鋰原子,而且扛高溫不行,容易自燃。負極已經國際公認使用石墨,石墨這東西是分層結構的,可以理解為一本書,每一層可以儲存大量鋰原子。
而關鍵技術是正極材料,常見的鋰電池正極材料是磷酸鐵(LFP),一公斤的磷酸鐵可以提供0.1度~0.15度的電能(能量密度),這貨溫度到800℃自燃,扛不住低溫,低溫就沒電了。
重點還有兩種正極材料,一個是鎳鈷錳(NCM),一種是鎳鈷鋁(NCA)。統稱為三元材料,這兩種正極材料是當前世界上新能源汽車電池的技術關鍵。技術點在於這三種材料的搭配比例。每一種元素有他的功能,比如鎳可以提升能量密度,鎳越多能量就越高;鈷讓電池更穩定,而錳與鋁僅僅是支撐材料。三元材料做正極,優點就是電池密度是磷酸鐵鋰電池電池密度的兩倍,也就是說,同樣大小的電池,磷酸鐵能工作10小時,而三元材料就能工作20小時。而三元材料的致命缺點是200℃自燃,不過抗低溫卻能達到零下20℃。
如果你有其他儲存能量密度更大的正極材料被發現,那麼諾貝爾獎等著你。
強行拉回到問題本身,電池會自燃,自燃=熱失控。在化學反應中,溫度越高,反應越劇烈,而溫度賊高,反應就賊劇烈,反應賊劇烈,賊劇烈釋放賊多的能量,於是就失控了,失控電池就爆炸了。
但是,電池熱失控的原因不止是高溫,還有撞擊和刺穿,以及過充過放。
比如鋰電池被刺穿或者撞彎,損壞了電池(所有電池都是我畫的那個圖一個原理,不僅僅只指是鋰電池)正負極中間的隔板碎掉或者洞穿,正負極直接短路產生大量的熱量,這個熱量融化隔板瞬間爆炸。
而過度充電和過度放電,鋰就加劇與電解液反應形成沉澱,沉澱堆積越來越多,撐破正負極中間的隔板,形成短路,還是要炸。
總結:手機雖然有電池熱失控導致自燃爆炸的原理上的風險,但實際想失控非常難,手機外殼,內部電池外部還有一個鐵殼保護,你關機放著是賊難自燃的。不過還是別放衣櫃裡了,因為除卻電池原因,手機本身電路短路也會讓手機自燃,當然,發生的機率很低。
以上,電池的所有秘密。
分析:這個問題是問,電池為什麼會自燃,或者電池在什麼情況下容易自燃。
手機能爆炸和自燃的只有電池。手機鋰電池會不會爆炸或者自燃呢,那是肯定的,但非常困難。
科普:要搞懂自燃或者爆炸的原理,我們先了解一下電池的結構原理,簡單畫個圖。
上圖就是鋰電池的原理模型——白色是鋰(Li)原子;黃色和黑色框代表裝鋰原子的載體材料;綠色波浪或者整個win7背景色代表電解液,電池裡的白色漿糊狀東西,起到電離作用;紫色是個隔板(隔膜),只允許離子透過。
充電過程:給正極和負極加一個電源,正極上的Li原子會分解(電離)成一個電子和Li離子(專業術語,脫嵌),電子順著電源外電路跑到負極去了,而鋰離子則會穿過隔板也跑到負極,負極新來的電子和新來的鋰離子相遇(專業術語,插入),又變成鋰原子。也就是說,鋰電池充電,就是把正極的鋰原子放到負極去的一個過程。
放電過程:電池充好電,給正負極上接個手機,負極的大量鋰原子就呆不住了,又會分解(電離)成一個電子和鋰離子(專業術語,脫插),電子經過手機,跑到正極,鋰離子穿過隔板也跑到正極,電子和鋰離子相遇合成鋰原子(嵌入)。也就是說,使用手機的過程就是負極的鋰原子又跑到正極去了。
鋰電池充電放電,鋰原子跑過來來跑過去,理論上不會有損耗,其實與電解液發生反應還有損耗的,這個損耗就是鋰電池的壽命。
現在世界上的鋰電池研究,主要是對裝鋰原子正負極材料的研究,不能正負極都用純鋰,純鋰裝不了多少鋰原子,而且扛高溫不行,容易自燃。負極已經國際公認使用石墨,石墨這東西是分層結構的,可以理解為一本書,每一層可以儲存大量鋰原子。
而關鍵技術是正極材料,常見的鋰電池正極材料是磷酸鐵(LFP),一公斤的磷酸鐵可以提供0.1度~0.15度的電能(能量密度),這貨溫度到800℃自燃,扛不住低溫,低溫就沒電了。
重點還有兩種正極材料,一個是鎳鈷錳(NCM),一種是鎳鈷鋁(NCA)。統稱為三元材料,這兩種正極材料是當前世界上新能源汽車電池的技術關鍵。技術點在於這三種材料的搭配比例。每一種元素有他的功能,比如鎳可以提升能量密度,鎳越多能量就越高;鈷讓電池更穩定,而錳與鋁僅僅是支撐材料。三元材料做正極,優點就是電池密度是磷酸鐵鋰電池電池密度的兩倍,也就是說,同樣大小的電池,磷酸鐵能工作10小時,而三元材料就能工作20小時。而三元材料的致命缺點是200℃自燃,不過抗低溫卻能達到零下20℃。
如果你有其他儲存能量密度更大的正極材料被發現,那麼諾貝爾獎等著你。
強行拉回到問題本身,電池會自燃,自燃=熱失控。在化學反應中,溫度越高,反應越劇烈,而溫度賊高,反應就賊劇烈,反應賊劇烈,賊劇烈釋放賊多的能量,於是就失控了,失控電池就爆炸了。
但是,電池熱失控的原因不止是高溫,還有撞擊和刺穿,以及過充過放。
比如鋰電池被刺穿或者撞彎,損壞了電池(所有電池都是我畫的那個圖一個原理,不僅僅只指是鋰電池)正負極中間的隔板碎掉或者洞穿,正負極直接短路產生大量的熱量,這個熱量融化隔板瞬間爆炸。
而過度充電和過度放電,鋰就加劇與電解液反應形成沉澱,沉澱堆積越來越多,撐破正負極中間的隔板,形成短路,還是要炸。
總結:手機雖然有電池熱失控導致自燃爆炸的原理上的風險,但實際想失控非常難,手機外殼,內部電池外部還有一個鐵殼保護,你關機放著是賊難自燃的。不過還是別放衣櫃裡了,因為除卻電池原因,手機本身電路短路也會讓手機自燃,當然,發生的機率很低。
以上,電池的所有秘密。