小知識:主流鋰電續航安全難取捨

現時主流鋰電池分為4部分,分別為正極、負極、液態電解質,以及隔膜。放電時儲存在負極的鋰原子會分解為一顆鋰離子和一顆電子,鋰離子經電解質穿過隔膜移向正極,帶着電荷的電子則經電路移向正極,形成電流,途中發揮其作用,也就是說鋰離子和電子各自取道移往正極並重新結合成鋰原子。

當愈來愈多負極的鋰原子「兵分兩路」流往正極,需要充電的時間就愈來愈短,在外來電力的作用下,處於正極的鋰原子會再次分解為一顆鋰離子和一顆電子,分別經電解質和電路回到負極。

隔膜嚴防電子通過,否則會引致短路,其損毁可以是由於撞車等引發的衝擊力,或勞損而引起。內地監管電池的主要實驗就是用鋼針刺穿電池引致短路,觀其熱力散發的狀況,會否演變成大火甚至爆炸。比亞迪(01211)剛好一年前推出的「刀片電池」,即被鋼針刺穿時表面溫度不過100度,甚至沒有冒煙;固態電池可以省掉隔膜。

「磷酸鐵」能量密度較遜色

鋰電池大行其道的原因,是人類經過多年探索之後發現,作為地球上最輕金屬元素的鋰,同一體積較輕且能釋放更多電子,換言之能夠提供上佳的能量密度。事實上,於1980年代所開發出首個鋰電池原型的吉野彰,前年憑此為日本添一個諾貝爾化學獎。

工程師們其後反覆嘗試不同的正極和負極材料,現時負極主流用石墨,職責是儲存鋰原子,正極則分「磷酸鐵」和「三元材料」兩種。「磷酸鐵」其實是化合物磷酸鐵鋰(LiFePO4)的通稱,而「三元材料」則是由鎳、鈷和錳(或鋁)3種金屬元素和鋰組成,鎳能提高能量密度,鈷的作用是穩定性。「磷酸鐵」鋰電池的自燃溫度高達攝氏800度,比「三元材料」鋰電池高600度,因此較為安全,比亞迪的「刀片電池」短路也不燃燒正是因為這種構造,問題是比起「三元材料」,「磷酸鐵」的能量密度、續航里程,以及在低溫環境的性能都顯著遜色。鎳含量高較危險,降低鎳含量則要提高鈷,問題是鈷供應有限且昂貴,電動車廠商已經開始探索「無鈷電池」。