鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：955次 | 2021年12月07日
應(yīng)對(duì)安全性 固態(tài)電池或成為最佳選擇？
經(jīng)過召回、更換新機(jī)，卻依然擋不住接連不斷的爆炸，Note7無疑讓三星的品牌形象跌至谷底，而蘋果此時(shí)則趁機(jī)“火上加油”。
十月十四日，蘋果提交了一份手機(jī)電池“防爆”專利。這份專利顯示，蘋果正在開發(fā)一種可以延長(zhǎng)電池壽命且不會(huì)爆炸的技術(shù)。該專利重要著眼于電池外殼，即便電池內(nèi)部發(fā)生爆炸，特殊材料制成的堅(jiān)固外殼也能保證用戶不受到安全威脅。
同時(shí)，這種新的外殼技術(shù)還允許電池的形狀可以根據(jù)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)，有點(diǎn)類似于新款Macbook的電池結(jié)構(gòu)。此外，還縮小了電池堆棧間的空隙，減少電池膨脹等問題的出現(xiàn)。
隨著智能手機(jī)的屏幕越來越大、功能越來越多，對(duì)電池續(xù)航能力的要求也就越來越高，如何兼顧電池的性能和壽命成為了一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。而在這背后，電池業(yè)的明爭(zhēng)暗斗也異常激烈。
隔膜缺陷導(dǎo)致爆炸
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
眼下，絕大多數(shù)智能手機(jī)都采用鋰離子電池。
從工作原理來看，電池兩側(cè)一般會(huì)有兩個(gè)電極，含有正電離子的稱為陰極，含有負(fù)電離子的是陽(yáng)極。在給手機(jī)充電時(shí)，鋰離子會(huì)從陰極移動(dòng)到陽(yáng)極；在我們使用手機(jī)，也就是釋放電能時(shí)，鋰離子則是從陽(yáng)極移動(dòng)到陰極，向相反方向移動(dòng)。兩者之間有一種電解質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)，能夠有效幫助電離子移動(dòng)，傳導(dǎo)電流。
不過，值得注意的是，即便電離子不斷移動(dòng)，但陰陽(yáng)兩極本身是絕對(duì)不能接觸的，所以一般電池廠商也會(huì)在陰陽(yáng)兩極之間插入隔板保證安全。一旦隔板出現(xiàn)問題，就會(huì)有爆炸的可能性。
在此次GalaxyNote7爆炸案中，三星方面給出的解釋是：隔板有缺陷，電池陰陽(yáng)兩極觸碰到一起，從而引發(fā)爆炸。
在業(yè)內(nèi)人士看來，這背后可能是電池生產(chǎn)廠家將技術(shù)推向極限的結(jié)果。隨著智能手機(jī)的屏幕越來越大、功能越來越多，對(duì)電池續(xù)航能力的要求也就越來越高，而在手機(jī)續(xù)航還沒有更大突破的時(shí)候，廠家們只能將電池續(xù)航時(shí)間以及充電速度盡量做到極致。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
比如，為了提升電池體積能量密度延長(zhǎng)續(xù)航能力，廠商會(huì)在兩極之間采用更薄的隔膜材料，但可能因?yàn)槠房夭粐?yán)，用料不好，或其他方面的原因，從而導(dǎo)致隔膜局部變薄，無法有效地隔離正極和負(fù)極。這時(shí)，就很容易導(dǎo)致電池發(fā)生事故。
這一次，更換后的“安全版”Note7仍頻發(fā)爆炸事故，讓三星終于頂不住壓力了。十月十一日，韓國(guó)三星電子宣布，在全球范圍停止銷售和更換Note7智能手機(jī)，并出于安全考慮，建議所有消費(fèi)者停止使用該款手機(jī)。
據(jù)國(guó)家質(zhì)檢總局官網(wǎng)披露，在執(zhí)法督查司進(jìn)行約談和啟動(dòng)缺陷調(diào)查后，三星向國(guó)家質(zhì)檢總局備案了召回計(jì)劃，決定自2016年十月十一日起，召回在我國(guó)大陸地區(qū)銷售的全部SM-N9300GalaxyNote7數(shù)字移動(dòng)電話機(jī)，共計(jì)190984臺(tái)（包含2016年九月十四日通告首次召回的1858臺(tái)產(chǎn)品）。
有分析師稱，假如三星完全停止銷售Note7手機(jī)的話，意味著其將失去高達(dá)約1900萬臺(tái)手機(jī)的銷售量，總價(jià)值約為170億美元。而包括換機(jī)帶來的一些其它費(fèi)用，此次召回?fù)p失將不可估量。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，電池隔膜的設(shè)計(jì)，要考慮兩個(gè)方面。首先是電芯隔離膜在正負(fù)兩極之間的延展量夠不夠，有個(gè)專用名詞叫Overhang。這種安全余量的設(shè)計(jì)，首先是為了防止在電芯膨脹收縮的時(shí)候，能有足夠的余量來保證對(duì)正負(fù)兩極的完全隔絕。其次是為了保證在電芯除水工序中，隔膜會(huì)因?yàn)闊崾湛s而變得太短，以至于影響絕緣性。
另外，是隔膜本身所帶的異物。因?yàn)楦裟こ善吩谶M(jìn)入電芯生產(chǎn)線之前，是像膠帶那樣一捆一捆的，所以很容易沾上一些很小的顆粒，像灰塵、員工操作時(shí)掉下來的顆粒，甚至電池正負(fù)極材料的顆粒等等。這些顆粒很可能就會(huì)扎破隔離薄膜，畢竟這個(gè)膜的厚度只有20到30微米之間，尤其是汽車用的動(dòng)力鋰離子電池，往往在20到25微米之間。
電池市場(chǎng)三足鼎立
手機(jī)電池分為鎳電池和鋰離子電池。其中，鎳電池容量低，有記憶效應(yīng)，并存在自放電現(xiàn)象，且制造材料還有環(huán)境污染的問題，所以在手機(jī)行業(yè)沒有延續(xù)下來。而鋰離子電池彌補(bǔ)了鎳電池的不足，并且其高能、環(huán)保的特性，使其成為當(dāng)下手機(jī)的唯一源動(dòng)力。
而鋰離子電池通常又分為兩類。鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池。
雖然鋰金屬電池的能量密度高，理論上能達(dá)到3860瓦/公斤，但是由于其性質(zhì)不夠穩(wěn)定而且不能充電，所以無法作為反復(fù)使用的動(dòng)力鋰離子電池。而鋰離子電池由于具有反復(fù)充電的能力，被作為重要的動(dòng)力鋰離子電池發(fā)展。但因?yàn)槠渑浜喜煌脑?，組成的正極材料在各方面性能差異很大，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)對(duì)正極材料路線的紛爭(zhēng)很大。
通常而言，動(dòng)力鋰離子電池重要有磷酸鐵鋰離子電池、錳酸鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池以及三元鋰離子電池(三元鎳鈷錳)。
比亞迪的相關(guān)人士向記者介紹：“鈷酸鋰離子電池在手機(jī)和筆記本上用得比較多。錳酸鋰離子電池，日系的汽車用這種，比如日產(chǎn)。錳酸鋰離子電池的安全性要比鈷酸鋰離子電池好一些，因?yàn)殁捤徜囯x子電池為了追求能量密度，存儲(chǔ)電能要多，雖然也了解它有一些安全性的問題，但發(fā)生危險(xiǎn)的幾率非常低，整個(gè)行業(yè)、全球還是包容它，總不可能回到‘大哥大’時(shí)代，電池占很大一部分體積。但汽車就不相同，汽車的安全性很重要，所以在電能上會(huì)做一些舍棄，像錳酸鋰離子電池的安全性比鈷酸鋰離子電池要好，但能量密度就沒有后者那么大，另一方面就是錳酸鋰離子電池衰減比較厲害。”
據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院研究分析，預(yù)計(jì)未來10年內(nèi)，我國(guó)單純的動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望突破1600億元，上游鋰礦資源、中游關(guān)鍵材料與下游電芯組裝市場(chǎng)將迎來持續(xù)利好。
世界電池市場(chǎng)可謂中日韓“三足鼎立”，2015年在電動(dòng)汽車電池領(lǐng)域位居首位的是日本日產(chǎn)和NEC合資的AESC，占世界市場(chǎng)的23.5%；其次是LG化學(xué)(16.6%)、比亞迪、松下、三星SDI。在智能手機(jī)等設(shè)備上的小型電池領(lǐng)域，三星SDI的占有率為25%，位居首位，LG化學(xué)占比為16%，位居第二位，其次是松下、ATL（我國(guó)）、索尼。
三星SDI是三星集團(tuán)旗下的子公司，鋰離子電池就是其中一項(xiàng)重要業(yè)務(wù)，2014年開始研發(fā)手機(jī)用的不可換電池，不過在GalaxyS6手機(jī)中敗給了LG、ATL等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。在GalaxyNote7項(xiàng)目中，三星SDI終于供應(yīng)了大部分電池了，但沒想到遇到了這種事。
有消息稱，三星的下一代旗艦GalaxyS8將放棄SDI，而采用LG的電池。不過，在三星和LG簽署最終協(xié)議前，這樁交易仍有待觀察。三星和LG幾乎在所有消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域展開競(jìng)爭(zhēng)，從智能手機(jī)、家用電器到電視。由于擔(dān)心技術(shù)泄露，兩家公司很少使用彼此的零部件。
固態(tài)電池或成為最佳選擇？
據(jù)國(guó)外媒體獲悉的最新消息，蘋果似乎相比三星更加希望從此次的GalaxyNote7事件中吸取教訓(xùn)，并已經(jīng)申請(qǐng)了一項(xiàng)有關(guān)電池和用戶安全的設(shè)計(jì)專利。
蘋果公司在專利申請(qǐng)描述中寫道：“移動(dòng)電子設(shè)備以及其他計(jì)算設(shè)備的電池表現(xiàn)已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注，尤其是在移動(dòng)設(shè)備變得越來越小，但它們有關(guān)性能的需求在越來越高的前提下則更是如此。因此，保持設(shè)備體積不變同時(shí)又提升電池續(xù)航能力就成為了設(shè)備廠商們的持續(xù)挑戰(zhàn)之一?！?/p>
這份專利顯示，蘋果正在開發(fā)一種可以延長(zhǎng)電池壽命且不會(huì)爆炸的技術(shù)。該專利重要著眼于電池外殼，即便電池內(nèi)部發(fā)生爆炸，特殊材料制成的堅(jiān)固外殼也能保證用戶不受到安全威脅。
同時(shí)，這種新的外殼技術(shù)還允許電池的形狀可以根據(jù)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)，有點(diǎn)類似于新款Macbook的電池結(jié)構(gòu)。此外，還減小了電池堆棧間的空隙，減少電池膨脹等問題的出現(xiàn)。
值得注意的是，自2012年來，蘋果公司就開始積極布局全固態(tài)電池技術(shù)的專利，期待能把這種新型電池用在iPad、MacBook等設(shè)備及以后將要開發(fā)的柔性電子設(shè)備上。2015年十一月份，美國(guó)專利商標(biāo)局公布了蘋果公司一項(xiàng)與固態(tài)電池充電技術(shù)相關(guān)的新專利——便攜設(shè)備的固態(tài)電池充電技術(shù)。
所謂全固態(tài)電池就是里面沒有氣體、沒有液體，所有材料都以固態(tài)形式存在的電池種類。鋰離子電池有發(fā)生鼓脹的幾率，且鋰離子電池的工作溫度范圍有限，高溫或者低溫下壽命都容易受到影響，但全固態(tài)電池就沒有以上這些問題。
在業(yè)界看來，固態(tài)電池或許會(huì)成為下一步電池發(fā)展的主流方向。不過，全固態(tài)鋰離子電池中，電極與固體電解質(zhì)之間的固-固接觸相比固-液接觸具有更高的界面接觸電阻，同時(shí)，界面相容性和穩(wěn)定性也顯著影響全固態(tài)鋰離子電池的循環(huán)性能和倍率性能。此外，固態(tài)電池還面對(duì)生產(chǎn)工藝待提高、成本待下降的發(fā)展瓶頸。
為此，許多科研機(jī)構(gòu)都做出了大量的研發(fā)工作。比如，美國(guó)SunCultureSolar則將固態(tài)電池技術(shù)應(yīng)用到儲(chǔ)能領(lǐng)域中，其開發(fā)的新型一體化太陽(yáng)能電池板，內(nèi)置有固態(tài)低壓電池，并與逆變器無縫集成。這種完全一體化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可將太陽(yáng)能安裝和儲(chǔ)能總成本降低50%以上。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員們，通過石榴石作為電解質(zhì)，使得固態(tài)電池電極和電解質(zhì)之間的接觸面積放大，從而實(shí)現(xiàn)了固態(tài)電池充電速度加快的效果，并且夠承受100℃的高溫等等。
