获过诺贝尔奖的锂电池到底安不安全

作者: 张田勘

来源: 百科知识

发布日期: 2021-08-16

本文讨论了电动车使用的锂离子电池的安全性问题,指出尽管锂离子电池获得了诺贝尔奖,但其在实际使用中仍存在安全隐患,尤其是电动车爆燃事故频发。文章比较了电动车和燃油车的爆燃概率,强调了提升蓄电池安全性的重要性。

尽管电动车使用起来灵活、方便、但它确实存在着防护性较差、易燃易起火的特点,有着较大的安全隐患。近几年,各地频发与电动车相关的事故,给人民生命财产带来了严重伤害和巨大损失。

电动车的蓄电池有很多种,包括铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池和锂离子电池,现在生产商普遍大量采用锂离子电池。人们认为锂离子电池相对安全、轻便、易充电、续航能力强。

2019年,美国的约翰·古迪纳夫、M.斯坦利·威廷汉和日本的吉野彰获得诺贝尔化学奖。获奖理由是他们发明了轻便、可携带的锂离子电池,用可控的方式让能量实现转换,移动电话、笔记本电脑和电动汽车都可使用,是一项非常有潜力的技术。

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池,分为两类:锂金属电池和锂离子电池。1912年,刘易斯成功研发出了锂金属电池。但是,由于金属锂的化学性质非常活泼,容易发生爆炸,对环境要求非常高,所以锂金属电池难以推广。

20世纪70年代,古迪纳夫等人发现,当锂电池负极被嵌入到石墨/石墨烯中时,锂离子便可驻扎在6个碳组成的“格子”中。

在制造各类电池正极材料时,也可将锂离子嵌入至金属氧化物构成的“格子单间”中,例如,在含锂的二氧化钴中,锂离子就驻扎在钴与氧搭建的框架之间。由于每一个锂离子都安居在“单间”当中,它们就不会发生激烈的反应而爆燃,从而提高了电池的安全性与可靠性。由于没有金属锂单质的相互碰撞,锂离子电池更为安全,并且可重复充电数百次,不会造成性能下降。

1991年,该锂离子电池技术投入商业化应用。但是,“更为安全”并不等于“绝对安全”。今天,在锂离子电池广泛用于电动车后,越来越多的电动车发生爆燃。根据新能源汽车国家监管平台的数据,与电池相关的电动车安全事故占到61%。由于市场上锂离子电池占多数,因此,锂离子电池难辞其咎。

从技术上看,尽管多数人认为锂离子电池比铅酸蓄电池安全,但也有为数不少的专业人员认为铅酸蓄电池更安全。实际上,手机锂离子电池也频频出现爆燃。按照国际上的统计,手机爆炸的概率是千万分之一;一辆公交车锂离子电池的能量远超手机,爆炸的概率更高,因此锂电池也未必真正安全。

当然,铅酸蓄电池和其他蓄电池也都不能完全保证安全性,在技术上还有改进的空间。那么,电动车是否比燃油车更容易发生爆燃呢?答案是否定的。中外多项统计数据显示,与电动车相比,燃油车爆燃的概率更高。根据新能源汽车国家监管平台的数据,中国燃油汽车的燃烧事故每年约2~4辆每万辆,而电动车为0.9~1.2辆每万辆,前者是后者的两倍以上。

但是,为什么人们好像不太担心燃油车发生爆燃?为什么电动车的爆燃事故比燃油车事故更惨烈呢?统计显示,有80%的电动车火灾是在充电时发生的,有90%的导致人员伤亡的电动车火灾是由置于门厅、过道、楼梯间等处的电动车引发的。这表明,电动车起火在室内和建筑物内的居多,因而比起在室外起火的燃油车,电动车造成的灾难更大,危害也更大。

一台电动自行车在室内自燃,30秒后有毒气体会覆盖整个房间,90秒后温度便达到200℃,100秒内足以使人窒息而亡。3分钟后火温高达上千摄氏度,一台电动自行车产生的毒气足以杀死成百上千人。同时,电动自行车燃烧产生的黑烟多,容易导致楼房内光线不足,难以及时疏散人员。锂离子电池、铅酸蓄电池自燃引发的火灾都难以扑灭,只能让其燃尽,造成的伤亡也更大。

目前,在蓄电池的安全性还不能达到“绝对安全”的情况下,减少电动车自燃事故的危害,首先要监管到位,要把电动车当成一只猛兽,不能让其登堂入室。统计表明,截至2019年,两轮电动车的全国保有量已经达3亿辆,年产量最高达到3695万辆。如果这些“猛兽”纷纷登堂入室,很难想象人们面临的潜在危险究竟有多大。

电动车充电相当于燃油车加油,居民应该做到无论是充电还是搁置,都要将电动自行车置放于车棚或露天处。同时,小区和公共场所要充分设置充电桩以满足电动车的充电需求。

如果想大幅度降低电动车爆燃的概率,避免其带来的危害,最终的解决办法还是要提升蓄电池的安全性。诺贝尔奖为锂离子电池背书并不意味着锂离子电池的安全性已经没有提升空间。这一专业领域的研究者还需要继续努力,改善锂离子电池的安全性,研发比锂离子电池更安全、更高效的电池,这是社会对新能源提出的新要求。

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