搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第119期,對話清華大學核能與新能源技術研究院新型能源與材料化學研究室主任何向明研究員。
嘉賓簡介:
何向明,研究員,清華大學核能與新能源技術研究院新型能源與材料化學研究室主任,鋰離子電池實驗室主任。聚焦鋰電池及關鍵材料研究及工程化近30年,重點圍繞鋰離子電池的電性能及安全性關鍵科學問題,以材料化學為核心,通過多學科協同的創新解決鋰離子電池中的關鍵材料技術、關鍵設計及制造技術及關鍵測試評估技術,獲發明專利授權500余項,發表論文600多篇,他引2萬5千余次,全球科睿唯安高被引學者。著有《鋰離子電池正極材料規模化生產技術》、《聚合物性能與結構》等專著。
質量不達標隔膜會提高鋰電池安全事故的發生概率,但不是所有的都會發生事故,也不是事故就會起火爆炸。
短路、過充、過熱等因素也可能造成充電寶爆炸起火。
一線品牌的產品是可以放心用的,正常使用情況下意外著火的概率比中頭等彩票還低。
把充電寶的電放完,事故風險是最低的。不要暴曬,可以放進專門的電池回收桶。鹽水放電是不科學的。
鋰電池在充放電的過程中,會有體積的收縮變化,使用時間長可能會變形,甚至微短路,所以兩三年就應該更換充電寶。
出品|搜狐科技
作者|周錦童
近期,安克和羅馬仕充電寶爆炸事件引發了廣泛關注。
自6月16日起,羅馬仕與安克相繼宣布將分別召回49萬余個和71萬余個存在安全隱患的充電寶,創下國內充電寶召回規模的新紀錄。
不僅如此,北京多所高校禁用羅馬仕充電寶,許多機場也紛紛設置了“攜帶充電寶乘機須知”告示牌,無3C認證標識、3C標識不清晰或屬于召回批次的充電寶,禁止攜帶登機。
充電寶為何會變“炸彈”?怎么判斷充電寶有沒有問題?回收前該如何處理?鹽水放電科學么?帶著這些問題,搜狐科技對話了清華大學核能與新能源技術研究院新型能源與材料化學研究室主任何向明研究員。
以下為對話實錄(經整理編輯)
搜狐科技:有專業人士分析,涉事電芯的隔膜材料未經批準變更導致絕緣失效是此次充電寶爆炸的原因之一,目前我國電芯隔膜的使用情況如何?
何向明:充電寶燃燒爆炸是一直都有的情況,這次事件據說是因為更換了隔膜材料。隔膜材料在電池里面是非常重要的,最早我們一直在用美國賽爾格的鋰電隔膜,確實非常好,隔膜也是我們國家電池主材料里完成國產化最晚的一種材料。
像正極材料、負極材料二十多年前就國產化了,但隔膜材料差不多近五年才基本完成國產化,過去我們國產的隔膜質量或者可靠性確實沒有進口的好,許多企業用進口隔膜做鋰電池事故率會比用國產的事故率低很多,但國產隔膜也有優點,就是價格便宜。
近五年來,國產隔膜的一線品牌是可以代替進口的了,也達到了國外的標準水平,可能有些還達不到,但也比較便宜。
搜狐科技:您覺得更換隔膜材料為什么會引發如此嚴重的后果?
何向明:現在電池安全主要是概率事件,我們現在很少聽到電動汽車著火,但電動自行車由于某些企業在制造上不達標,還是存在起火事件。現在充電寶商家競爭激烈,如果由于價格原因采用了質量不達標的便宜隔膜,肯定會提高鋰電池起火的概率,但不是所有的都會起火,也不是事故就會起火。
比如手機,一線品牌的基本不會著火,但第二梯隊的手機著火率就會高,當然第二梯隊的手機也便宜。但因為充電寶的電芯我們沒有看到、測試過,這只是我的推測。
搜狐科技:您覺得像過充、短路等問題是不是也會導致起火爆炸事件發生?
何向明:是的,短路、過充、過熱也會導致爆炸。比如夏天爆炸著火的概率就會比冬天高,尤其是放在車里暴曬,充電寶可能達到七八十度,這就會引發起火爆炸。起火爆炸有很多原因,其他因素也可能造成這樣的后果。
搜狐科技:除了隔膜材料問題,還有人說是使用了“C品電芯”的原因,您覺得這種電芯起火爆炸的風險是不是更高?
何向明:我們要看C品電芯的具體情況,比如一線品牌電池廠做出來的電芯也有可能是C品的,但它的安全性應該跟A品是一樣的,因為用料工藝都一模一樣。但對于那些二線的小廠來說,A品的著火概率確實會比C品低。不能簡單說用C品電芯就更容易著火,關建還要看制造條件、工藝以及用料等。
搜狐科技:您可否科普一下目前市場上常見的鋰電池隔膜材料有哪些?安全性如何?
何向明:現在大規模生產的基本都是單向拉伸和雙向拉伸的PP和PE隔膜,有干法的、濕法的。對于鋰電池來講,有的表面還做了涂覆改性,涂覆了陶瓷或其他聚合物材料。改進越多越好的隔膜,肯定會貴一些,關鍵還是要看生產企業的技術力量和生產條件。
現在各種電芯廠、材料廠有很多,各種產品參差不齊,再加上很多投資人對產品的技術細節了解的不夠深入,對行業也不夠有經驗,可能表面上看產品質量很好,但有許多微小的瑕疵,而且這些瑕疵在抽樣的時候也不一定會抽到。
不過現在一線品牌的產品是可以放心用的,如果在正常使用的情況下意外著火的話,那應該去買個彩票,這概率比中頭等彩票還低,所以大家不用太擔心。
搜狐科技:您覺得在電池生產過程中,如果要對隔膜材料進行變更,需要經過哪些嚴格的測試和認證程序?
何向明:每個企業的驗證程序不一樣,除了材料的檢測外,其他可能檢測不出來,更多地還是要去原材料廠進行調研、驗證。現在鋰電池行業,比如大型車廠在訂購電池的時候,都會去驗廠。
像隔膜的話,隔膜廠用的是PP、PE哪個批次,哪個企業生產的,都要追根溯源。比如做PP、PE隔膜的,原材料就是聚丙烯、聚乙烯,那如果在這個材料上有小的瑕疵,那隔膜就會產生瑕疵,所以整個制造過程都非常重要。
搜狐科技:在您看來,用戶在等待回收充電寶前應該如何妥善保存呢?
何向明:首先把充電寶的電放完,起火爆炸風險是最低的;第二就是要放在涼一點的地方,不要暴曬;第三有些小區會有專門的電池回收桶,可以扔進去等回收。電池里面有許多像鎳、鈷、錳等貴重的金屬,還有一些以磷酸鐵鋰為主的充電寶,等回收數量多的時候可以給到電池回收企業,這都是有利用價值的。
搜狐科技:有廠家建議將充電寶放在鹽水中放電,您認為這種方法是否科學可靠?
何向明:我覺得這個說法是不科學的,我也不建議大家這么做。因為這是很專業的事情,本來電池很安全,如果放在鹽水里再爆炸也是有傷害的,而且一般來說評價它是不是安全會有一套科學的評估方法,評估之后我們選擇這樣做也是有安全防護的,大家千萬不要自己嘗試,就讓它放完電就好了,這是最科學的。
搜狐科技:如果電動自行車或電車的電池有問題的話,該怎么辦呢?
何向明:這肯定不能放電了,但如果是電動汽車的話,會有信號傳到數據中心,如果電池有問題,會通知用戶的,我們可以到4S店修理。電動單車的話也建議大家不要暴曬,可以拿苫布遮蓋降低溫度,如果出問題可以找品牌方去修,千萬不要買沒有品牌的。
而且也要提醒大家,電動自行車的電池不要帶進家里充電,盡量在開放空間充電,更不能扯飛線充電,因為很多電線根本達不到功率,有時電池沒事,但電線會著火。
搜狐科技:如果我們在不知情的情況下購買了可能存在安全隱患的充電寶,應該如何判斷電池是否出了問題?
何向明:第一,我們可以把充電寶放在桌子上看能不能轉起來,如果容易轉起來,說明充電寶有些“膨脹”,因為如果是平的就比較難轉動,這就要小心了;其次,要注意充電寶的品牌,可以搜索一下這個充電寶的品牌著火概率是怎樣的,不要買無品牌的充電寶。
此外,也要看充電寶的標識是不是全的,有無3C標志,可以用紙去擦拭標識,如果輕易可以擦掉的,可能是有問題二次貼標的充電寶。當然,充電寶兩三年就應該換一個,有些電芯用的時間長,風險會大,它原理就是鋰電池充放電過程中,會有體積的收縮變化,時間長會變形,甚至微短路。
當然,還有個方法就是用萬用表測電壓。因為萬用表測電壓的內阻很大,不會放電,我們可以先測電壓,隔四五個小時再測,如果發現它的電壓降低的比較多,那么這個電池的風險等級就比較高,有微短路的風險。
搜狐科技:我們每次充電的時候是不是不能充滿?也不能等到1%再充電?
何向明:其實大家用充電寶、手機有個最安全的方法,就是用到10%再充電,沖到90%,在10%-90%直接使用出現風險的概率會大幅下降,當然你用到1%再沖也問題不大,這里談到的是風險問題。
搜狐科技:從技術層面來看,目前在提高電池安全性方面我們取得了哪些進步?
何向明:從科研的角度來說,電池安全這幾年有了大幅度提升,像一線手機品牌電芯出問題的概率只有一億分之一。大幅度提升主要有兩個方向,一是制造水平的 提升,排查掉了過去容易著火的隱患,質量管理和制造過程都很好了,所以事故的概率就很低了。
第二是技術進步非常快,也非常大。這幾年我們整個清華大學團隊在鋰電池安全方面,從機理到技術都取得了長足的進展,也發表了大量高水平的文章,尤其是如何產生熱失控,從引發到中間的演變過程、物質能量遷移變化、發生哪些電化學的反應等等,我們都搞得很清楚。
我們在實驗室把這種高比能量的電池安全性已經做的相對完善了,隨著產業的發展以及成本的降低,我有信心未來的鋰電行業的安全性會做的很好。
搜狐科技:您覺得還有哪些可行的研發方向和改進措施呢?
何向明:我想在安全性方面,對于企業來說,最簡單的方法就是要從設計上進行把關。我記得2017年我作為專家組成員就去處理了Galaxy Note 7著火的事件,其實就是他們的工程師在設計上出現了低級錯誤。除了設計外,在選材上也要進行把關,不能只追求價格。
在這,我也想給航空公司一些建議。比如可以提前做好預案,準備阻燃毛毯,及時覆蓋住,基本上就沒什么大問題。此外,也可以把這件事情作為一個案例進行講解。但更多的還是要嚴防質量比較差的充電寶帶上飛機,可以做一個3C認證白名單,這樣就可以卡掉很多風險。
運營編輯 |曹倩審核|孟莎莎
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