鋰電池為什么爆炸?
鋰電池的制作過程,及各材料的配比和電池的使用,都有可能引起鋰電池爆炸隱患,下面從:電池制造材料、電池設(shè)和電池計(jì)使用這三方面來進(jìn)行分析爆炸的原因。
1、鋰電池制造材料:
a正極材料:
其一從材料本身安全性來說,熱穩(wěn)定性LiNiO2<LiNi0.8Co0.202<LiCoO2<LiMn204<LiFePO4 <LiNi3/8Co1/4Mn3/802當(dāng)溫度升高到一定值后,材料分解,產(chǎn)生大量的熱;
其二從正極標(biāo)的理論容量與實(shí)際發(fā)揮的容量來看,沒有脫嵌的鋰離子越多,過充時(shí),產(chǎn)生枝晶的可能性就越大,刺穿隔膜引起短路。理論值與實(shí)際值相差越小,安全性就越高,鉆酸鋰270-140<錳酸鋰148-110<磷酸鐵鋰170-130,且鐵鋰的電壓只有3.2V,安全性最高。熱分解溫度:鉆:錳:鐵鋰=180:200:220
b鋰電池隔膜:隔膜熱閉孔性對(duì)電池的安全有很大的影響,當(dāng)溫度超過120-135度,如隔膜沒有閉孔,電池繼續(xù)升溫,內(nèi)壓升高到極限,電池就會(huì)爆炸。如溫度過高,隔膜會(huì)熔化,從而引起電池大面積的短路,這就要求隔膜要有很高的熔點(diǎn)。
c鋰電池電解液:電解液在電池內(nèi)即起到導(dǎo)電作用,同時(shí)又要能起到保護(hù)作用,當(dāng)充電電壓到一定值時(shí),形成絡(luò)合物,在電池內(nèi)部形成大面積的斷路,使正負(fù)極通過電流減小,電池溫度降低。
d極耳(鋁鎳帶):在設(shè)計(jì)時(shí),可能大家都沒有太多的去考慮這一因素,其實(shí)極耳是連接電池內(nèi)外的橋梁,當(dāng)短路時(shí),會(huì)承受很大的電流,其通過的電流密度當(dāng)超過極耳最大電流密度時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量的熱,致電池內(nèi)部溫度升高,內(nèi)壓增大。
e殼體:鋼殼鋁殼軟包,材料儲(chǔ)高壓能力比較:鋼殼<鋁殼<軟包,選用軟包鋁塑膜最為安全,這與它的封邊有一定的關(guān)系,當(dāng)壓力超過最大內(nèi)壓值時(shí),封口處破裂,氣體排出,電池一般不會(huì)爆炸。
2、鋰電池的設(shè)計(jì)
a正負(fù)極容量比:電池在使用的過程中,在不同程度都會(huì)有所破壞,那就要求負(fù)極的嵌鋰空間至始至終都要比正極的脫嵌的鋰離子空間大。如在設(shè)計(jì)時(shí),沒有考慮負(fù)極余量的大小,會(huì)造成析鋰,刺穿隔膜,造成短路。
b尺寸:電池的隔膜收縮與極片的寬度,當(dāng)隔膜收縮過大,極片會(huì)引起短路。
c放電電流:在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)產(chǎn)品的使用放電電流來設(shè)計(jì)極片的面密度壓實(shí)極耳類型等。當(dāng)面密度過大,壓實(shí)過高,極耳截面較小時(shí),大電流放電,會(huì)產(chǎn)生析鋰,產(chǎn)生大量的熱造成電池爆炸。
d防爆結(jié)構(gòu):當(dāng)電池內(nèi)壓達(dá)到一定的壓力時(shí),進(jìn)行排氣減壓的功能防止電池殼體爆炸。目前采用的有刻痕防爆,排氣閥部件。
e保護(hù)系統(tǒng):對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)過充過放過流短路。
3、鋰電池的使用:
a過充電:當(dāng)電壓超過4.2V以上時(shí),電解液分解,產(chǎn)生大量氣體,電池內(nèi)壓升高,過充負(fù)極表面析鋰,電灑爆炸。
b高溫環(huán)境:高溫環(huán)境使用電池脹氣,電解液分解。
c保護(hù)系統(tǒng)失效外線路短路:用戶在使用時(shí),外線路短路,造成電池爆炸。
d機(jī)械性的:刺穿碰撞造成電池短路爆炸。
4、保護(hù)電路失效或缺失
保護(hù)電路的功用是防止電池過充電、過放電以及超大電流對(duì)電芯造成破壞。在過充電狀態(tài)下,電池內(nèi)部會(huì)形成大電流、高溫,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池漏液、電池內(nèi)部形成并積蓄氣體,從而引發(fā)電池爆炸或燃燒。
保護(hù)電路的工作原理是,當(dāng)電池電壓上升至設(shè)定數(shù)值時(shí),停止充電;當(dāng)電池處于放電狀態(tài)時(shí),電池電壓下降至設(shè)定數(shù)值時(shí),停止向負(fù)載供電;當(dāng)負(fù)載上有較大電流流過時(shí),停止向負(fù)載放電。保護(hù)電路是基于大約數(shù)十個(gè)個(gè)電阻、電容,開關(guān)MOS管等電子元器件組成的電路,各個(gè)元器件都存在失效的可能性。目前,市場(chǎng)上普遍存在小作坊式的生產(chǎn)制造商,有些制造商所生產(chǎn)的鋰離子電池直接缺失保護(hù)電路。
5、來自制造企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)
目前市場(chǎng)上銷售的各類民用家電類鋰電池,質(zhì)量品質(zhì)良莠不齊,生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)通過具備權(quán)威第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)出具的安全認(rèn)證證書的鋰電池,其安全性才有可靠的保證。此類具備安全認(rèn)證的鋰電池,一般情況只會(huì)在極端環(huán)境條件下發(fā)生爆炸或燃燒。例如,按《鋰離子蓄電池總規(guī)范》(QB/T2502-2000),鋰離子電池按標(biāo)準(zhǔn)充滿電后,中央與電極面垂直方向被穿透,放置6小時(shí)以上,不爆炸、不燃燒。
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