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爱游戏体育:iPhone7也爆炸了!?如何解决手机电池安全问题?

更新时间:2021-05-01
本文摘要:(公众号:)按:本文由DeeperBlue公布。

(公众号:)按:本文由DeeperBlue公布。刊登请求联系许可,不得删改内容。面临一群丧尸,与其拳打脚踢,不如扔到去 Note 7。噢,还有 iPhone 7。

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为什么这些手机的锂电池这么不安全性?是不是什么解决方案?读者本文,你将看见:让锂电池不发生爆炸的终极解决方案——固态电池是什么?这种电池离我们还有多近?辨别了固态电池的产业现状,盘点了四家固态电池公司。固态电池必将沦为主流电池,这些公司正在路上。三星不大哭,苹果也发生爆炸了美国科技博客 BoyGeniusReport 的一篇文章今天凌晨晒出,一部苹果新的 iPhone7 或许也再次发生了发生爆炸。昵称为 @kroopthesnoop 的网友在 Reddit 论坛张贴的一张照片,他的黑色 iPhone7 损坏相当严重,屏幕裂开,边框有显著血迹的痕迹。

苹果的股价周四散户一声暴跌。此前,三星 Note 7 手机在全球已导致将近 40 起发生爆炸事故。

就在 9 月 26 日下午,又一部国行的 Note 7 发生爆炸,这是在中国 Note 7 的第四起发生爆炸事故了。美国佛罗里达州用户那桑·多纳托(Nathan Dornacher)用于的三星 Note 7 发生爆炸,他之前在车内给 Note7电池。

车的方向盘、仪表盘等早已面目全非。2016 年 9 月 2 日下午,三星电子在韩国开会新闻发布会,移动部门总裁高东真对三星 Note 7 电池爆炸事件展开了公开发表致歉,宣告因电池缺失问题,三星将停产 Note 7 手机,并解任 250 万部 Note 7。三星公司有可能早已 “倒数发生爆炸门” 损失将近 50 亿美金——作为贡献韩国 GDP 多达五分之一的三星,这一次可感叹激怒了国本。

六天之后,美国联邦航空管理局(FAA)发表声明,强烈建议乘客 “在飞机内重开 Note7 电源,不要用于或展开电池”。接着,美国消费品安全性委员会(CPSC)又月敦促 “请求消费者停止使用 Note 7 并关闭电源”。多米诺骨牌效应开始,多国航空部门倒数收到警告,警告乘客停止使用 Note 7,这里面也还包括中国民航。网民把 Note 7 装扮成 “恐怖分子”,说道 Note7 才是 “确实的炸弹”。

据三星自己说道,Note 7 是手机锂离子电池的电池芯出有了问题。因为生产工艺犯规,电池的阴极和阳极互为认识,造成电池芯短路从而引起发生爆炸。

发生爆炸一次不可怕,倒数发生爆炸才可怕。这不由得让人回想某种程度由于电池、倒数发生爆炸的特斯拉。2015 年年末,特斯拉还忙着统计资料去年全球交付给总量超过 50,580 辆的傲人成绩的时候, 1 月 1 日挪威一辆 Model S 电池时忽然发生爆炸——所幸车内无人。

由于特斯拉用于的动力电池是三元锂电池,而三元锂电池自燃时无法必要用水或者二氧化碳救火,专用的铜粉水耗资太高又不少见,所以当时的挪威消防队员不能用泡沫掌控周边火势,直到这辆 Model S 几乎焚毁。Model S 被焚毁画面。

为什么锂电池更容易发生爆炸?传统锂电池的安全性一直是一柄达摩克利斯之剑,覆在人们的心头。为什么锂电池更容易发生爆炸?我们再行看一下锂电池的解剖图:普通的锂离子电池由负极、负极、电解质、隔膜构成。

锂离子在正负极之间往返“跳跃”,已完成充放电的过程。有了电解质,锂离子才能 “跳跃”。正负极之间用陶瓷或者其他聚合物做成的隔膜分隔,电池的正负极因此防止了必要认识。

安全隐患就在这个隔膜上。一旦高压、短路,隔膜很更容易被穿破,造成正负极认识,导致内部短路。据《科技日报》报导,三星为了提高电池的能量密度、缩短续航能力,使用了更加厚的隔膜材料,所以才不会事故频出。

想想看,一辆特斯拉必须用于 7000 多节 18650 型号锂电池,只要其中一节出有了问题……7000 多节锂电池节电池在特斯拉底盘密切化学键只有一个转变才可以彻底解决问题——把液体的电解质替换成液体的。固态电解质能让电池正负极誓言认识。即使再次发生短路情况,固态电解质只是熔化成绝缘体,温度上升后又能完全恢复成液体,会分解成出有气体和多余的热量。

如果一个锂电池,替换成固态电解质,它就叫作 “固态电池”。人类在固态电池上探寻的道路至今早已有六十多年。年所生产出来的固态电池,不是那种厚厚的、或者圆圆的,而是像一层薄膜一样。第一个报导生产量固态电池的是日本人。

1982 年,日本 Hitachi 公司首先声明自己生产量了厚度大于 10 μm 的固态电池,是一层薄膜。但这块电池的功率太低,无法驱动任何电子设备。

薄膜电池现在有更加成熟期的产品了。2008 年,美国的 Infinite Power Solutions (IPS)公司发售了一种全固态薄膜电池。它只有一个指甲盖大小、两张纸薄,15 分钟就能充到 90% 的电量,可充放电 10 万次,用于最少 15 年。

由于是全固态,这种薄膜电池可以随便刀柄,在 -40℃ 到 85℃ 温度范围、甚至水下一千多米都能安全性用于。2015 年, Infinite Power Solutions 公司被苹果并购,开始研究用作可穿着设备上的固态电池。

可以想象,如果苹果手表用上固态电池,就能解决问题续航时间以及体积问题了。这种薄膜形状的固态电池,在微型电子器件市场上应用于普遍。

世界范围内,有十几家公司享有薄膜电池的专利,除了上面提及的两家,还有法国 Bellcore、美国 Cymbet、台湾辉能科技、俄罗斯的 GS Nanotech 等。俄罗斯公司 GS Nanotech 生产的柔性薄膜锂离子电池但薄膜电池生产成本觉得太高。

它必须利用一种叫作气相沉积的技术,所用设备以致于上百万。如果将薄膜电池中用手机上,一台苹果能卖给 100 多万。另外,因为电极是薄膜,薄膜电池能储存的能量很少,别说电动车了,手机必须的电力都供不上。

更加多人把目光投向了大容量的非薄膜型固态电池。但非薄膜型的电池,目前技术还不是很靠谱。

瓶颈主要有两个:一是固态电解质离子电导率太低,也就是锂离子在固态中“跳跃”得快,而电池是靠锂离子在正负极间跳跃来构建充放电的,所以这意味著电池充放电快。二是宜电解质和电极认识得没液态和电极认识好,造成界面电阻太高,这不会明显减少电池性能。

在非薄膜型的电池里面,有三种材料可作为电解质:聚合物,硫化物,氧化物。有不少公司说道自己在做以聚合物为电解质的电池,但他们做到的只不过不是聚合物固态电池,而是凝胶电解质,如 Sony 和三星。

凝胶的状态介于固态和液态之间,只不过显然没解决问题安全性的问题,凝胶电池的能量密度也无法提升。所以三星后来索性退出了凝胶电解质。其它绝大部分厂商,还包括中国新能源科技(ATL),只是在隔膜上涂抹一层聚合物将隔膜与正负极粘接在一起。话说,ATL 是全球仅次于的聚合物电池供应商,为三星、苹果、华为、OPPO 等企业供货。

什么时候固态电池才需要转入大规模产业化?大部分业界的人一挺悲观。《MBS技术》指出,“ 预计 3 年内能经常出现性能为现有锂离子电池 2 倍多的产品”。

2013 年,美国能源存储牵头研究中心(JCESR)则说道,“ 5 年内(2018 年)研发出有(比起普通锂电池)能量密度超过 5 倍、价格降到 1/5 的蓄电池”。但科研领域的学者们都稍激进——他们指出 “却是研究出有产品跟能构成产业是两码事”。2016 年上半年,科学院物理研究所研究员李泓博士说道:最少要到 2020 年,中科院物理研究所出产的固态电池 “有可能试水到商业化的程度”,而 “确实的全固态有可能必须更加长时间”。

虽然工业上不有可能构建液态到固态的飞到,但这不代表产业界在固态电池领域无计可施。峰瑞资本投资人朱祎舟对深蓝 Deeper Blue 说道,“我们可以找寻液态到固态的过渡性方案。” 例如,从麻省理工产卵出来的锂电池公司 Solid Energy Systems 的电解质,就是既有固态又有液态:再行在金属锂电极上覆盖面积一层固态电解质薄膜,然后重新加入一种定离子态防水液体。做成的电池跟传统电池比体积增大一半,还能获取更加多能量。

“固态电池性能好,成本高,就先射击对安全性、稳定性市场需求低,又不计成本的行业。固态电池的生产过程跟传统电池的不一样,就要充分利用传统电池的生产设备,防止修复整条生产线,从而降低生产成本。” 朱祎舟说道。在大容量固态电池做到产业化的这条路上,日本相比之下回头在全世界前茅。

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丰田、日立造船都是固态电池界的领军企业。2009 年,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)启动了 210 亿日元计划,举国之力研究电池,期望能在 2030 年前研发出有能量密度为现有水平 5 倍以上的可充电电池。

从现在显然,这个时间有可能被大大提早。韩国也不领先,三星在日本也有个固态电池研究所——不来研发出来三星就能披上固态电池了。日韩之后,依序是欧洲、美国、中国。法国早已有电动车投入使用固态电池,但他们用的固态电池中间还是有隔膜的,不是确实意义上的全固态,而且目前尚不大规模应用于。

美国人则只有技术,没可以量产的产品,这里有创业公司一大把,比如:Seeo, Solid Energy System, Solid Power, Quantume Scape 等等等等。中国人还正处于研究阶段,涉及标的有明陶能源、宁德时代新能源科技(CATL)、比亚迪、扰宏动力等,研发工程进度有快有慢。其中,明陶能源坐落于江苏盱眙,由南策文院士团队重新组建。同时,南院士享有中国第一个与全固态有关的专利。

四家研发固态电池的公司,其中法国的 BatScap 虽然有投入使用的产品,但不是确实意义上的全固态电池;其他公司目前还只有技术。【BatScap】BatScap 是法国博罗雷(Bollore)的子公司,研发了可以在电动车上用于的固态电池。研发固态电池的 BatScap 是博罗雷在能源领域布局的一个关键。

BatScap 做到的是必须冷却的聚合物固态电池。因为在常温下聚合物的离子电导率太低,意味著锂离子在电极间逃跑得慢,充放电也就快。冷却后,聚合物的离子电导率才能提升。2011 年底开始,博罗雷利用自律研发的 EV “Bluecar”,在法国巴黎及郊外获取汽车分享服务 “Autolib”,即到达目的地后互相交换车辆。

这种汽车用的就是 BatScap 的固态电池, 规格是 30 kWh。目前这种 Bluecar 最迟 4000 辆,有大约 900 座服务站和 4500 台充电器,每天利用次数 1.8 万次。法国的固态电池电动车正在电池然而,电池必须冷却才能用于是无法大规模推展的。

电动车可以利用行经中产生的热量来保持 60~80 ℃ 的用于温度。但行驶时,必需要利用电池组内部的加热器来保持温度,每秒不会消耗大约 200 W 的电力,跟一个电冰箱差不多。

在行驶过程中必须仍然相连充电器。有人做到过估计,平均值一年下来,行驶时加热器消耗的电力比行经时所须要的电力还多。不过,据一名固态电池的技术人员透漏,BatScap 的聚合物固态电池只不过中间也有一层隔膜,显然不是我们所说的全固态。

【Solid Power】美国 Solid Power 正式成立于 2012 年,坐落于美国肯塔基州的路易斯维尔市,在科罗拉多科技中心享有 650 多平方米的工厂。创立团队有不少来自科罗拉多大学博尔德分校(UCB)的教授与副教授。这些教授背景都十分强劲,比如仅有 Sehee Lee 教授一人就有 18 项涉及专利。

Solid Power 拿政府的钱较为多,2013 年获得美国能源部资助的 346 万美元,科罗拉多州的经济发展与国际贸易部门(COEDIT)资助的 25 万美元。2014 年底又获得美国空军资助 290 万美元。Solid Power 固态电池的电池能量密度超过了 600 Wh/kg,是市面上电池容量的两倍多。

【Sakti3】Sakti3 是一位来自美国密歇根大学的教授在 2007 年成立的风险创业公司。Sakti 在梵文中是 “力量” 的意思,3 是锂的原子序数,连一起就是 “锂的力量”。

这家公司是用蒸镀的方法制取无机固态电解质,并且声称已能构建高效率量产。美国密歇根大学教授福·玛莉·赛斯特里(Ann Marie Sastry)是公司的 CEO值得一提的是,Sakti3 2015 年取得家电巨擘戴森公司 1500 万美元融资,年底被戴森以 9000 万美元并购。

2016 年 9 月,戴森宣告投资 14 亿创建电池厂。Sakti3 宣告已生产出有能量密度约 550 Wh/kg 的电池,这一能量密度要比普通锂离子电池的高约 50%,电池蓄电量是特斯拉现在用于的锂电池的两倍。

Sakti3 对媒体说道,他们在其坐落于密歇根的小型试验场已生产出有这种固态电池的原型,预计在两三年内构建商业化。然而,业内针对 Sakti3 的声音真不少。不少科研人士都指出:“Sakti3 没产品,只是在抹黑固态电池概念”。

【丰田】2013 年时,丰田宣告,计划在 2020 年全面实现全固态电池商业化,其能量将是锂电池的三到四倍,并在接下来几年用于锂空气电池。许多日企都非常重视离子导电亲率。

离子导电亲率低,意味著锂离子在正负极间 “跳跃” 得慢,充放电的速度就慢。而硫化物电解质在常温下的离子导电亲率与液态电解质相似,所以有许多日本公司在研究硫化物。

丰田就是个代表。根据丰田 2014 年公布的专利,他们研发的全固态电池,提高固态电解质和电极认识劣的问题,用湿涂工艺来制取中间的电解质,让电解质显得外壳,从而增大电池体积。同时丰田缩放了电芯尺寸,将电池面积不断扩大了 50 倍,容量提高了一千倍。

丰田在实验中将固态电池用在电动小车上据苹果一名技术人员向深蓝 Deeper Blue 透漏,丰田固态电池产业化很有可能会用于上面说道的材料,他们发布这项专利或许只是为了误导产业界。参照文章:Solid Power 官网:http://www.solidpower.com/en/home/Sakti3 官网: http://sakti3.com/《MBS技术》:《打破锂电 · 仅有液体电池一跃十年》Xu, Xiaoxiong. All-solid-state lithium-ion batteries:State-of-the-art development and perspective[J]. Energy Storage Science and Technology, 2013, 2(4): 331-341青睐刊登,如须要许可,请求联系微信号:miniDeeperBlue。原创文章,予以许可禁令刊登。

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