鉅大LARGE | 點擊量：1101次 | 2019年06月29日
講講鋰電池爆破的那些幺蛾子
上上文說到，由于作業(yè)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(jīng)常有的事（不要在沒有任何防護(hù)辦法下拆解電池，不要在高溫高濕的環(huán)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(yīng)該更謹(jǐn)慎一點，應(yīng)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(xué)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(fā)作劇烈的氧化反響而爆破，這也是咱們現(xiàn)階段預(yù)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(jìn)不去到里邊，他們的反響也就不會發(fā)作，避免爆破，從而完成安全的意圖。
鋰電池作業(yè)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(jīng)由電解液游到負(fù)極去，進(jìn)入負(fù)極的層狀結(jié)構(gòu)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(fù)極直接碰觸而短路，電池內(nèi)會再加上一種擁有眾多細(xì)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(guān)閉細(xì)孔，讓鋰離子無法穿越，以自廢武功，避免風(fēng)險發(fā)作。
常見爆破原因
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1、原資料、來料存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題，首要是電解液的質(zhì)量；
2、極片吸水，水與電解液反響，發(fā)生很多的氣體和熱；
3、注液量偏少，充放電內(nèi)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(jìn)入；
5、內(nèi)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(fù)極不能接納更多的鋰離子，構(gòu)成枝晶，刺穿隔閡短路；
7、電池過充，資料結(jié)構(gòu)坍塌，鋰枝晶構(gòu)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(nèi)部短路和外部短路。
咱先說說外部短路，原理很簡略，一個導(dǎo)電的物質(zhì)，從電池外部同時聯(lián)通了正極和負(fù)極。發(fā)作外部短路的時分，電流變大，電池內(nèi)部開端產(chǎn)熱，當(dāng)熱量變大，電解液會分化，發(fā)生很多氣體，電池鼓脹。咱們說到很多隔閡有閉孔的功用，達(dá)到必定溫度隔閡會閉孔，阻止鋰離子的傳輸，從而阻斷化學(xué)反響，電流降下來，溫度也漸漸下降，從而避免了電池爆破。當(dāng)然，以上只是基于質(zhì)量杰出的隔閡。
內(nèi)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(jié)晶穿破膈膜所形成。這些細(xì)小的針狀金屬，會形成微短路。由于很細(xì)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(chǎn)過程形成，可觀察到的現(xiàn)象是電池漏電、自放電快，多數(shù)可被短路測試儀檢測出來。而且，由于毛刺細(xì)小，有時會被燒斷，使得電池又康復(fù)正常。因而，因毛刺微短路引發(fā)爆破的機(jī)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(jié)晶，刺穿點到處都是，到處都在發(fā)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(jìn)去與鋰金屬發(fā)作劇烈氧化，都是爆破！??！但是過充引發(fā)內(nèi)部短路形成的這種爆破，并不必定發(fā)作在充電的其時。咱們以常見的手機(jī)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(fā)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(jī)出門。這時眾多的微短路所發(fā)生的熱，漸漸的將電池溫度進(jìn)步，經(jīng)過一段時間后，才發(fā)作爆破。消費者一起的描述都是拿起手機(jī)時發(fā)現(xiàn)手機(jī)很燙，扔掉后就爆破。雖然現(xiàn)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(hù)機(jī)制
無論是充電，仍是放電，咱們都有一個衡量標(biāo)準(zhǔn)，一般運用的是以電壓來中止。以鎳鈷錳酸鋰配石墨負(fù)極的三元電池為例，當(dāng)電池充電電壓高于4.2V時，風(fēng)險也會悄悄到來，電壓越高，風(fēng)險性越高。由于當(dāng)電壓高于4.2V時分，正極資料里邊的鋰原子數(shù)量減少，貯存原子的結(jié)構(gòu)就會坍塌，并且是永久性的是不可逆的。假如持續(xù)充電，那么負(fù)極現(xiàn)已塞滿了鋰離子情況下，鋰離子就會在負(fù)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(fù)極短路。過充還會讓溫度升高，溫度超越180℃，電解液會分化，發(fā)生很多的氣體和熱量，殼體會膨脹，破裂后，氧氣進(jìn)入與鋰金屬發(fā)作劇烈反響也會爆破。所以充電電壓上限是一個維護(hù)辦法。
鋰電池放電時也要有電壓下限。當(dāng)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?nèi)姵剡x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(hù)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(hù)電池，也便是咱們常關(guān)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(wǎng)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(fā)現(xiàn)網(wǎng)上堵塞了，來不及進(jìn)去。大電流對電池的傷害首要表現(xiàn)為，電流過大時，鋰離子來不及進(jìn)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(fā)生鋰原子結(jié)晶，這與過充相同，會形成風(fēng)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(jī)仍是動力電池，都有一個電池辦理系統(tǒng)（或軟件），以及一個電池維護(hù)電路板，在電池充電和放電時，監(jiān)控電池的電壓，避免過充、過放、大電流的發(fā)生。假如以上都不能完成電池的防護(hù)，避免不了爆破的發(fā)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(zhuǎn)片，堵截電流，泄壓來達(dá)到下降電池爆破的風(fēng)險。
