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锂离子电池反应方程式



  是建立在RCB理论的基础上的。锂离子电池的正负极均采用可供锂离子(Li+)自由脱嵌的活性物质,充电时Li+从正极脱嵌通过聚合物电解质到达负极,得到电子后与碳材料结合变为Li×C6,放电时,锂离子自负极析出,通过电解质,到达正极,重新回到层状钴酸锂的骨架中,恢复到充电前的状态。充放电时离子的往返的嵌入、脱嵌正像摇椅一样摇来摇去,故有人又称锂离子电池为“摇椅电池”,又叫RCB电池(英文RockingChairBat

  在用LiCoO2做正极,石墨做负极场合的可充锂二次电池的构造为C∣ES∣LiCoO2(ES:Li+传导性有机电解液)。以上组成的电池的端电压是零伏,但在含有LiBF4,LiPF6等锂离子的支持的非水溶剂中,充电时根据反应LiCoO2+6C→CoO2+LiC6的反应,因正、负极材料的活化蓄了电的二次电池则成为:LiC6∣SE∣CoO2。在这个电池中正极反应、负极反应和全电池反应分别以1-3式表示。

  化学上而言,负极的充电反应是锂和石墨层间化合物(G∣C)生成的嵌入反应(石墨的还原),放电反应是脱嵌反应(氧化)。石墨层间Li嵌入作用的第一阶为Li-GIC化学计量组成LiC6,生成LiC6所必须的电容量372mAh/g称做石墨的理论容量。探索单位体积、单位重量能填充更多的可逆电容量的锂离子的碳材料,就是开发更高能量密度、更高效率的锂二次电池。

  锂离子电池具有高能量,循环次数长,效率高等优点,广泛应用于各种电子产品中。

  当然锂离子电池还有其他很多方面的应用。比如智能手机、移动设备绝大多数已经是使用的锂离子电池;电动助力车,电动汽车产业对于锂离子电池的需求也越来越多;在未来的储能领域,锂离子电池也必将大放光彩。

  可是在锂离子电池造福人类的同时,它同样存在着潜在的危险,时常发生的锂离子电池的燃烧和爆炸事故给人们的生命和财产安全带来了很大的威胁。

  在2016年5月31号下午5点53分,江苏南通启东的江苏海四达电源有限公司发生锂电池火灾爆炸事故,发生事故的是位于启东市南苑西路上该公司一栋三层锂电池满电态搁置仓库。消防官兵赶到后迅速开展扑救。在处置中,现场又突然发生爆炸。事故当场造成12名企业员工和8名消防队员受伤。随后,伤者被紧急送往南通和启东医院抢救治疗。然而还是有1名消防人员和1名海四达员工经抢救无效身亡。

  目前初步调查出的事故原因,由于电池内部短路造成迅速升温,同时影响相邻的电池发生变化造成的爆炸。

  还有就是2016年1月1日的特斯拉ModelS充电中起火、北京南京合肥等多地电动车充电自燃、深圳电池厂突发大火、湖南运送锂电池货车高速路起火等事故。

  据美联社报道,波音警告客运航空公司称批量运输锂离子电池可能造成毁灭性的火灾。

  美国联邦航空管理局也发布声明称,其进行的测试表明运输锂电池存在巨大风险。

  总体而言,根据FAA的统计数据,1991-2007年间所发生的电池事故中,27%是锂电池事故,而这些事故中,68%是由于内部或外部短路造成,15%是由于充电或放电造成,7%由于设备意外启动,10%为其他原因。锂电池一旦出现燃烧情况,只有在它消耗完后,燃烧才能够被熄灭,而且航空器上所配备的HALON1301灭火剂对阻止锂电池热失控根本起不了作用,这样锂电池航空运输的安全风险更为突出。

  锂电池虽然体积很小,却具有很高的能量,同时含有可燃的电解液。这种能量如果应用的好就是高效的能源,应用的不好就会产生大量的热引发燃烧,形成灾害。一个电容为2-3Ah的锂钴18650离子电池的电能量就有25-40KJ,而它燃烧之后化学反应能产生的热量能达到280KJ。也就是说锂离子电池一旦发生热失控,其产生的热量是很大的,所以它的危害性也很大。可以看看锂电池发生热失控后的样子。

  科研人员实验表明由于锂电池内部温度升高,内部发生热失控反应,产生气体使得锂电池正极发生泄漏,从而形成小型的橘红色炬状火焰;与此同时电池内部的电解液开始喷出并发生燃烧,很快形成强烈的火焰;之后正极处产生大量的白色火星并发出噼里啪啦的声响,释放出大量气体并且剧烈燃烧。在几秒内这种现象速度加快,并发生爆炸性反应,产生巨大声响。

  过充和过放会对锂电池造成很大的伤害,也很可能会使电池内部温度升高,引起燃烧。

  现在的锂电池的手机或充电宝在电池充满后都会自动停充。也就是说,如果你的锂电池在充满后,放在充电器上也是白充。而我们谁都无法保证电池的充放电保护电路的特性永不变化和质量的万无一失,所以你的电池将长期处在危险的边缘徘徊。所以尽量不要过长时间充电。

  同时经常用光锂电池的电量也是不可取的。“尽量把手机电池的电量用完,最好用到自动关机”。这种做法其实只是镍电池上的做法,目的是避免记忆效应发生,不幸的是它也在锂电池上是完全不适用的。如果你执意要用流传的“前三次12小时长充电激活”方法,实际上也不会有效果。

  温度对于电池寿命的影响力其实很大。温度越高锂电池的寿命越低,有实验表明,在70多度时,电池池内部就会发生自发的放热反应,使得温度急剧升高。在130多度时锂电池会发生产生气体的反应,使得内部压力过大,顶开电池从而发生燃烧爆炸。

  希望锂电池造福人类的同时减少安全事故的发生,先进技术的研究还要进一步发展!

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