锂离子电池特性

一、锂离子电池特性

        锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高,广受顾客与工程师欢迎。可是,化学特性太活泼,则带来了极高的风险性。锂金属暴露在空气中时,会与氧气发作剧烈的氧化反响而爆破。为了提升安全性及电压,科学家们发明晰用石墨及钴酸锂等资料来贮存锂原子。这些资料的分子结构,形成了奈米等级的细微贮存格子,可用来贮存锂原子。这样一来,即使是电池外壳决裂,氧气进入,也会因氧分子太大,进不了这些细微的贮存格,使得锂原子不会与氧气接触而避免爆破。

        锂离子电池的这种原理,使得人们在获得它高容量密度的一起,也达到安全的意图。锂离子电池充电时,正极的锂原子会丧失电子,氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去,进入负极的贮存格,并获得一个电子,还原为锂原子。放电时,整个程序倒过来。为了避免电池的正负极直接碰触而短路,电池内会再加上一种具有很多细孔的隔阂纸,来避免短路。好的隔阂纸还能够在电池温度过高时,主动封闭细孔,让锂离子无法穿越,以自废武功,避免风险发作。

        保护措施:锂电池电芯过充到电压高于4.2V后,会开始发作副作用。过充电压愈高,风险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后,正极资料内剩下的锂原子数量不到一半,此时贮存格常会垮掉,让电池容量发作永久性的下降。假如继续充电,由于负极的贮存格已经装满了锂原子,后续的锂金属会堆积于负极资料外表。这些锂原子会由负极外表往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔阂纸,使正负极短路。有时在短路发作前电池就先爆破,这是由于在过充过程,电解液等资料会裂解发作气体,使得电池外壳或压力阀鼓涨决裂,让氧气进去与堆积在负极外表的锂原子反响,从而爆破。

        因而,锂电池充电时,一定要设定电压上限,才能够一起兼顾到电池的寿数、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时,部分资料会开始被破坏。又由于电池会自放电,放愈久电压会愈低,因而,放电时最好不要放到2.4V才停止。锂电池从3.0V放电到2.4V这段期间,所开释的能量只占电池容量的3%左右。因而,3.0V是一个理想的放电截止电压。充放电时,除了电压的约束,电流的约束也有其必要。电流过大时,锂离子来不及进入贮存格,会集合于资料外表。这些锂离子获得电子后,会在资料外表发作锂原子结晶,这与过充一样,会形成风险性。如果电池外壳决裂,就会爆破。

        因而,对锂离子电池的保护,至少要包括:充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电池组内,除了锂电池芯外,都会有一片保护板,这片保护板主要便是提供这三项保护。可是,保护板的这三项保护显然是不行的,全球锂电池爆破事件还是频传。

        要确保电池系统的安全性,有必要对电池爆破的原因,进行更仔细的剖析。

二、电池爆破原因

        1、内部极化较大;

        2、极片吸水,与电解液发作反响气鼓;

        3、电解液本身的质量,功能问题;

        4、注液时候注液量达不到工艺要求;

        5、装配制程中激光焊焊接密封功能差,漏气.测漏气漏测;

        6、粉尘,极片粉尘首要易导致微短路,详细原因不知道;

        7、正负极片较工艺规模偏厚,入壳难;

        8、注液封口问题,钢珠密封功能不好导致气鼓;

        9、壳体来料存在壳壁偏厚,壳体变形影响厚度;

三、爆破类型剖析

        电池芯爆破的类形可概括为外部短路、内部短路、及过充三种。

        此处的外部系指电芯的外部,包括了电池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。当电芯外部发作短路,电子组件又未能切断回路时,电芯内部会发作高热,形成部分电解液汽化,将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时,质量好的隔阂纸,会将细孔封闭,电化学反响终止或近乎终止,电流骤降,温度也渐渐下降,从而避免了爆破发作。可是,细孔封闭率太差,或是细孔根本不会封闭的隔阂纸,会让电池温度继续升高,更多的电解液汽化,最终将电池外壳撑破,甚至将电池温度提高到使资料焚烧并爆破。

        内部短路主要是由于铜箔与铝箔的毛刺穿破隔阂,或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所形成。这些细微的针状金属,会形成微短路。由于,针很细有一定的电阻值,因而,电流不见得会很大。铜铝箔毛刺系在生产过程形成,可观察到的现象是电池漏电太快,多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来。并且,由于毛刺细微,有时会被烧断,使得电池又康复正常。因而,因毛刺微短路引发爆破的机率不高。这样的说法,能够从各电芯厂内部都常有充电后不久,电压就偏低的不良电池,可是却鲜少发作爆破事件,得到计算上的支持。因而,内部短路引发的爆破,主要还是由于过充形成的。由于,过充后极片上到处都是针状锂金属结晶,刺穿点到处都是,到处都在发作微短路。因而,电池温度会逐步升高,最终高温将电解液气体。这种情形,不论是温度过高使资料焚烧爆破,还是外壳先被撑破,使空气进去与锂金属发作剧烈氧化,都是爆破收场。

        可是过充引发内部短路形成的这种爆破,并不一定发作在充电的当时。有可能电池温度还未高到让资料焚烧、发作的气体也未足以撑破电池外壳时,顾客就终止充电,带手机出门。这时很多的微短路所发作的热,渐渐的将电池温度提高,经过一段时间后,才发作爆破。顾客共同的描绘都是拿起手机时发现手机很烫,扔掉后就爆破。

        综合以上爆破的类型,咱们能够将防爆重点放在过充的避免、外部短路的避免、及提升电芯安全性三方面。其间过充避免及外部短路避免归于电子防护,与电池系统设计及电池组装有较大关系。电芯安全性提升之重点为化学与机械防护,与电池芯制造厂有较大关系。

source:http://www.juda.cn/news/85253.html

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