晴時多雲

LTN經濟通》人類的必須品 卻像不定時炸彈?

2024/07/11 07:12

近年鋰電池發生起火的事件在世界各地頻傳,包括大到電動車、小至隨身行動電源都有火災事故。(美聯)

鋰電池是一把雙刃刀  便利卻具風險

歐祥義/核稿編輯

〔財經頻道/綜合報導〕

鋰電池(Li-ion Battery)為世界提供動力,小到可攜式的電子產品、大則運輸工具都可見到「鋰」身影,雖然便利但也潛藏風險。2024年6月底南韓一間電池製造工廠發生火災、因當時存放了3.5萬顆鋰電池,在易燃特質且會不斷爆炸下,火勢一發不可收拾、難以被撲滅,同時還會伴隨有毒氣體,歷經了22小時才結束、造成23人死亡,為南韓近年來死亡人數最多的火災之一。

不只在南韓,鋰電池發生起火的事件在世界各地頻傳,包括電動車、電動滑板車的電池發生自燃,隨身攜帶的行動電源因劣質鋰電池品質問題,或充電過熱導致起火事件,甚至連飛機也發生鋰電池失效等不同的事故。

根據美國消防隊數據顯示,光是2024年的前2個月,電池所造成的相關的火災,遠比2019年全年數字多,當中鋰電池火災數量激增九倍。中國在2023年共發生超過2萬件電動自行車的火災事故,高達9成都是「電池故障」。台灣則在近5年發生435起鋰電池火警,造成9人死亡、上百人受傷。

鋰電池有易燃特質且會不斷爆炸,火勢難以被撲滅、同時伴隨有毒氣體。(法新社)

鋰化學性活潑  容易熱失控

「鋰電池」又稱二次電池,是一種以鋰為媒介來儲存能量的化學電池,通常由正極材料、負極材料、電解液、隔離膜等四種材料所組成。由於鋰是最小的金屬原子,傳導速度最高,具有體積小的特性,遇到阻礙的機率比較低,因此以鋰離子來做電池,可在電池的正負極中快速來回,形成充電與放電的作用。

但因「鋰」的化學活性活潑,也伴隨相當程度的風險,鋰電池火災新聞時有耳聞。一般而言,鋰電池起火有3種可能性,包括過充及外部短路(電池組內部絕緣不良所引起的短路),與內部短路(電池芯內部隔離膜絕緣失效,使正負極接觸所引起的短路)。

而鋰電池起火是一種「熱失控」反映,溫度高達千度並持續反應與燃燒,且同時釋放劇毒氣體氟化氫擴散至空氣中,需採用極大量的水來降溫,短時間無法真正撲滅。

福特電動車所使用的電池。(路透)

鋰電池自燃令人害怕  更改配方尋求突破

鋰電池的應用層面持續擴大,一般手機是使用單顆鋰電池,但電動車、儲能系統動輒就使用上千顆、上萬顆,倘若一顆失效,就可能發生像是放鞭炮一樣的連鎖效應,一個接著一個,造成嚴重的傷害與損失。

要改善鋰電池危險性,可從4個面向切入,包括正極材料的設計與保護被覆技術,以及電解液添加劑與高濃度鹽類設計,這是抑制電池內部短路的新型電解質,與使用高安全隔離膜塗層材料,還有電池外部散熱TIM材料等。

鋰電池的缺點是不耐過度充電、放電,若錯誤使用將會減少電池壽命,以及發生熱失控導致爆炸燃燒的安全性疑慮。因此,產學界思考,若將鋰電池裡的液態電解質轉變成固態,是否可避免燃燒、爆炸的等問題。

全球產學界透過材料改善,期望打造新一代安全的鋰電池。(路透)

新一代鋰電池改良關鍵在「電解液」?

雖然固態電池不會有爆炸或產生火災的風險,但因鋰離子傳導速率低,其電池的充放電速度比液態電池差,在講求電動車快速充電的需求下,顯得不合實際。再加上製造成本高、製程良率低,距離商轉仍有一大段距離,固態電池尚未能大幅取代的原因。

因此,市場焦點還是回到鋰電池身上,期望透過關鍵材料的改良,降低使用風險。

「電解液」,又被稱為鋰電池的「血液」,負責在電池的正負電極之間傳導電子,但在高壓下容易發生不穩定,進而造成電池性能衰退;先前日本、台灣產學界就從電解液著手,透過重新改良配方,以提高電池在高電壓下操作的穩定性與安全性。

但因成本也高,因此目前應用範圍仍侷限在電池量較小的產品、行動裝置上。

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