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講講鋰電池爆破的那些幺蛾子

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年06月29日  

上上文說到,由于作業的緣故,拆解了許多電池,無論是好的、壞的,仍是那種不知道是好的仍是壞的。見識到各式各樣的情況,因操作失誤,鋰電池起火焚燒倒是經常有的事(不要在沒有任何防護辦法下拆解電池,不要在高溫高濕的環境里拆解)。言歸正傳,咱們講講鋰電池爆破的那些幺蛾子。


概述


首要需要明確一些理論性的東西,不感興趣能夠直接跳過。鋰電池,我想咱們應該更謹慎一點,應該叫鋰離子二次電池,Li是原素周期表上直徑最小、也是最活潑的金屬,請靜靜的翻出初中的回憶“氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖......”。正由于他有這些特性,所以廣受聰明的科學家和工程師們青睞。不過,這也是一把雙刃劍,鋰金屬暴露在空氣中,會與空氣中的氧氣發作劇烈的氧化反響而爆破,這也是咱們現階段預鋰化存在的一個難題。所以日常電極材猜中,咱們一般用合金資料和石墨來貯存鋰原子,這些資料就像一個一個的小儲物格子,鋰原子就躺在里邊,而較大的氧分子(開端背元素周期表),進不去到里邊,他們的反響也就不會發作,避免爆破,從而完成安全的意圖。


鋰電池作業原理我之前的文章也有說過,此處不再贅述,只做簡略介紹。鋰離子電池充電時,正極的鋰原子會喪失電子,氧化為鋰離子。鋰離子經由電解液游到負極去,進入負極的層狀結構里,并取得一個電子,還原為鋰原子。放電時,整個程序倒過來。(這是搖椅電池的由來)為了避免電池的正負極直接碰觸而短路,電池內會再加上一種擁有眾多細孔的隔閡來避免短路。好的隔閡還能夠在電池溫度過高時,主動關閉細孔,讓鋰離子無法穿越,以自廢武功,避免風險發作。


常見爆破原因


1、原資料、來料存在嚴重的質量問題,首要是電解液的質量;


2、極片吸水,水與電解液反響,發生很多的氣體和熱;


3、注液量偏少,充放電內阻較大,影響鋰離子傳輸;


4、蓋板焊接、封口工序不良,密封功能差,存在漏氣,外部水分進入;


5、內部微短路,首要是粉塵毛刺,多來源于極片裁切掉料和切刀毛刺;


6、電流過大,負極不能接納更多的鋰離子,構成枝晶,刺穿隔閡短路;


7、電池過充,資料結構坍塌,鋰枝晶構成刺穿隔閡。


爆破類型分析


鋰離子電池的爆破類型,首要分為短路和過充,短路又分為內部短路和外部短路。


咱先說說外部短路,原理很簡略,一個導電的物質,從電池外部同時聯通了正極和負極。發作外部短路的時分,電流變大,電池內部開端產熱,當熱量變大,電解液會分化,發生很多氣體,電池鼓脹。咱們說到很多隔閡有閉孔的功用,達到必定溫度隔閡會閉孔,阻止鋰離子的傳輸,從而阻斷化學反響,電流降下來,溫度也漸漸下降,從而避免了電池爆破。當然,以上只是基于質量杰出的隔閡。


內部短路首要是由于銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔閡,或是鋰原子的樹枝狀結晶穿破膈膜所形成。這些細小的針狀金屬,會形成微短路。由于很細有必定的電阻值,因而,電流不見得會很大。銅鋁箔毛刺會在生產過程形成,可觀察到的現象是電池漏電、自放電快,多數可被短路測試儀檢測出來。而且,由于毛刺細小,有時會被燒斷,使得電池又康復正常。因而,因毛刺微短路引發爆破的機率不高。毛刺首要來源于分切,激光切少有毛刺。而枝晶來源就多了,大電流、析鋰等等都會形成。


過充形成的爆破,是比較常見的。電池過充后極片上到處都是針狀鋰金屬結晶,刺穿點到處都是,到處都在發作微短路。因而,電池溫度會逐漸升高,最終高溫將電解液氣體。這種情形,不論是溫度過高使資料焚燒爆破,仍是外殼先被撐破,使空氣進去與鋰金屬發作劇烈氧化,都是爆破!!!但是過充引發內部短路形成的這種爆破,并不必定發作在充電的其時。咱們以常見的手機電池分析,還有這樣一種情況,電池溫度還未高到讓資料焚燒、發生的氣體也未足以撐破電池外殼時,咱們就終止充電,帶手機出門。這時眾多的微短路所發生的熱,漸漸的將電池溫度進步,經過一段時間后,才發作爆破。消費者一起的描述都是拿起手機時發現手機很燙,扔掉后就爆破。雖然現在很多都有主動斷電功用,但仍是溫馨提示,盡量不要長期充電。


維護機制


無論是充電,仍是放電,咱們都有一個衡量標準,一般運用的是以電壓來中止。以鎳鈷錳酸鋰配石墨負極的三元電池為例,當電池充電電壓高于4.2V時,風險也會悄悄到來,電壓越高,風險性越高。由于當電壓高于4.2V時分,正極資料里邊的鋰原子數量減少,貯存原子的結構就會坍塌,并且是永久性的是不可逆的。假如持續充電,那么負極現已塞滿了鋰離子情況下,鋰離子就會在負極表面與電子生成鋰金屬,也便是咱們說的枝晶,這些枝晶會刺穿隔閡,使正負極短路。過充還會讓溫度升高,溫度超越180℃,電解液會分化,發生很多的氣體和熱量,殼體會膨脹,破裂后,氧氣進入與鋰金屬發作劇烈反響也會爆破。所以充電電壓上限是一個維護辦法。


鋰電池放電時也要有電壓下限。當電芯電壓低于2.4V時,部分資料會開端被破壞。又由于電池會自放電,放愈久電壓會愈低,因而,放電時最好不要放到2.4V才中止。鋰電池從3.0V放電到2.4V這段期間,所開釋的能量只占電池容量的3%左右。一般,咱們三元電池選用3.0V作為一個理想的放電截止電壓。所以不要過放是另一個維護辦法。


除了剛才說的充電截止電壓、放電截止電壓以外,咱們還用電流來維護電池,也便是咱們常關注的倍率功能,那些所謂的幾分鐘充滿電選用了特殊資料,比方石墨烯。能夠簡略理解為你的茶杯,帶網狀茶隔的那種,假如你漸漸倒水,一點也不堵,水也不會濺出來。但是你換了一個大水龍頭,你會發現網上堵塞了,來不及進去。大電流對電池的傷害首要表現為,電流過大時,鋰離子來不及進入貯存格,會集合于資料表面。這些鋰離子取得電子后,會在資料表面發生鋰原子結晶,這與過充相同,會形成風險。如果電池外殼破裂,就會爆破。


最終一道防地


一般咱們的電池,無論是手機仍是動力電池,都有一個電池辦理系統(或軟件),以及一個電池維護電路板,在電池充電和放電時,監控電池的電壓,避免過充、過放、大電流的發生。假如以上都不能完成電池的防護,避免不了爆破的發作,那就只有通過自損來下降傷害了。這些就需要電芯來提供了,比方電芯的防爆閥、防過充的Fuse配合SSD翻轉片,堵截電流,泄壓來達到下降電池爆破的風險。


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