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锂电池被列入危险化学品,你知道吗?

锂电池被列入危险化学品,你知道吗?

美国职业安全与卫生管理署(OSHA)近期发布声明称:锂电池不再属于普通“物品”,应当作为“危险化学品”来处理。同时,锂电池应有美国OSHA危害性公示法规合规的SDS(安全数据单; Safety Data Sheet)与之一一对应。在美国,电池的技术数据说明书(TDS)在该法规下,不能当做GHS合规的SDS使用。GHS就是“化学品分类及标记全球协调制度”(Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals 简称GHS),它是由联合国出版的作为指导各国控制化学品危害和保护人类与环境的规范性文件。锂电池被认为是“危险化学品”后,运输困难度必将增加,成本也会随之上升,对电池行业的发展也会带来一定的冲击。此刻,不禁让我们联想起前段时间炒得沸沸扬扬的三星手机爆炸事件。

锂电池被列入危险化学品,你知道吗?

在Galaxy Note7爆炸案中,三星方面给出的解释是:隔膜有缺陷,电池阴阳两极触碰到一起,从而引发爆炸。

这背后是电池生产厂家将电池功率密度推向极限的结果。随着智能手机的屏幕越来越大、功能越来越多,对电池续航能力的要求也就越来越高。但现阶段锂电池的发展遇到了极大瓶颈,在还没有突破的时候,厂家们只能将不断优化电池工艺来电池比容量。例如,为了提升电池体积能量密度,厂商会在两极之间采用更薄的隔膜材料,但可能因为品控不严,用料不好,或其他方面的原因,从而导致隔膜局部变薄,无法有效地隔离正极和负极。这时,就很容易导致电池发生事故。

电池隔膜的设计,要考虑两个方面。首先是电芯隔离膜在正负两极之间的延展量够不够,有个专用名词叫Overhang。这种安全余量的设计,首先是为了防止在电芯膨胀收缩的时候,能有足够的余量来保证对正负两极的完全隔绝。其次是为了保证在电芯除水工序中,隔膜会因为热收缩而变得太短,以至于影响绝缘性。

另外,是隔膜本身所带的异物。因为隔膜成品在进入电芯生产线之前,是像胶带那样一捆一捆的,所以很容易沾上一些很小的颗粒,像灰尘、员工操作时掉下来的颗粒,甚至电池正负极材料的颗粒等等,而这些颗粒很可能就会扎破隔膜,毕竟隔膜的厚度只有十几个微米左右。

是否是隔膜有问题我们不得而知。但据业内某知名专家透漏,Note7的爆炸很有可能并非是电池本身的缺陷造成的,而是因为手机中的某款软件有设计缺陷,使用时发热量过大造成的。过多的热量“引燃了”电池所以,三星集团即使更换了的“安全版”Note7,爆炸事故仍然频发。


电池市场三足鼎立

世界电池市场可谓中日韩“三足鼎立”,2015年在电动汽车电池领域位居首位的是日本日产和NEC合资的AESC,占世界市场的23.5%;其次是LG化学(16.6%)、比亚迪、松下、三星SDI。在智能手机等设备上的小型电池领域,三星SDI的占有率为25%,位居首位,LG化学占比为16%,位居第二位,其次是松下、ATL(中国)、索尼。

三星SDI是三星集团旗下的子公司,锂电池就是其中一项主要业务,2014年开始研发手机用的不可换电池,不过在Galaxy S6手机中败给了LG、ATL等竞争对手。在Galaxy Note 7项目中,三星SDI终于供应了大部分电池了,但没想到遇到了这种事。

有消息称,三星的下一代旗舰Galaxy S8将放弃SDI,而采用LG的电池。不过,在三星和LG签署最终协议前,这桩交易仍有待观察。三星和LG几乎在所有消费电子产品领域展开竞争,从智能手机、家用电器到电视。由于担心技术泄露,两家公司很少使用彼此的零部件。


固态电池或成为最佳选择?

据国外媒体获悉的最新消息,苹果似乎相比三星更加希望从此次的Galaxy Note 7事件中吸取教训,并已经申请了一项有关电池和用户安全的设计专利。苹果公司在专利申请描述中写道:“移动电子设备以及其他计算设备的电池表现已经越来越受到人们的关注,尤其是在移动设备变得越来越小,但它们对于性能的需求在越来越高的前提下则更是如此。因此,保持设备体积不变同时又提升电池续航能力就成为了设备厂商们的持续挑战之一。”

这份专利显示,苹果正在开发一种可以延长电池寿命且不会爆炸的技术。该专利主要着眼于电池外壳,即便电池内部发生爆炸,特殊材料制成的坚固外壳也能保证用户不受到安全威胁。

同时,这种新的外壳技术还允许电池的形状可以根据内部的结构来设计,有点类似于新款Macbook的电池结构。此外,还减小了电池堆栈间的空隙,减少电池膨胀等问题的出现。

值得注意的是,自2012年来,苹果公司就开始积极布局全固态电池技术的专利,期待能把这种新型电池用在iPad、MacBook等设备及以后将要开发的柔性电子设备上。2015年11月份,美国专利商标局公布了苹果公司一项与固态电池充电技术相关的新专利——便携设备的固态电池充电技术。

全固态电池就是里面没有气体、没有液体,所有材料都以固态形式存在的电池种类。锂离子电池有发生鼓胀的几率,且工作温度范围有限,高温或者低温下寿命都容易受到影响,但全固态电池就没有以上这些问题。

在业界看来,固态电池或许会成为下一步电池发展的主流方向。不过,全固态锂电池中,电极与固体电解质之间的固-固接触相比固-液接触具有更高的界面接触电阻,同时,界面相容性和稳定性以及电解质的离子传导率也显著影响全固态锂电池的循环性能和倍率性能。此外,固态电池还面临生产工艺待提高、成本待下降的发展瓶颈。

为此,许多科研机构都做出了大量的研发工作,每年有关全固态的前沿性报道也是数不胜数。结果如何,有待后续关注。


有些东西本质已经确定,我们能做的就是不断追求完美,将其制作成廉价的艺术品。但,凡事都有上限,我们须以敬畏之心面对,不能逾越,否则万事俱毁!电池的发展,要安全,安全,再安全!


文章部分内容来源:《商学院》杂志    作者:吴文婷

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