鉅大LARGE | 點擊量：1184次 | 2019年06月29日
關于電池鼓殼和爆炸的原因分析
關于電池鼓殼和爆炸的原因分析：
一、鋰離子電池特性
鋰是化學周期表上直徑最小也最生動的金屬。體積小所以容量密度高，廣受顧客與工程師歡迎?？墒?，化學特性太生動，則帶來了極高的危險性。鋰金屬暴露在空氣中時，會與氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應而爆炸。為了進步安全性及電壓，科學家們發(fā)明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結構，構成了奈米等級的纖細儲存格子，可用來儲存鋰原子。這樣一來，即使是電池外殼分裂，氧氣進入，也會因氧分子太大，進不了這些纖細的儲存格，使得鋰原子不會與氧氣觸摸而防止爆炸。鋰離子電池的這種原理，使得人們在獲得它高容量密度的同時，也抵達安全的目的。
鋰離子電池充電時，正極的鋰原子會損失電子，氧化為鋰離子。鋰離子經(jīng)由電解液游到負極去，進入負極的儲存格，并獲得一個電子，還原為鋰原子。放電時，整個程序倒過來。為了防止電池的正負極直接碰觸而短路，電池內(nèi)會再加上一種具有很多細孔的隔膜紙，來防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時，自動關閉細孔，讓鋰離子無法穿越，以自廢武功，防止危險發(fā)生。
保護措施
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
鋰電池芯過充到電壓高于4．2V后，會開端發(fā)生副作用。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓高于4．2V后，正極材料內(nèi)剩余的鋰原子數(shù)量不到一半，此刻儲存格常會垮掉，讓電池容量發(fā)生永久性的下降。假設持續(xù)充電，由于負極的儲存格現(xiàn)已裝滿了鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會堆積于負極材料表面。這些鋰原子會由負極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結晶。這些鋰金屬結晶會穿過隔膜紙，使正負極短路。有時在短路發(fā)生前電池就先爆炸，這是由于在過充進程，電解液等材料會裂解發(fā)生氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲分裂，讓氧氣進去與堆積在負極表面的鋰原子反應，從而爆炸。因此，鋰電池充電時，必定要設定電壓上限，才干夠同時兼顧到電池的壽數(shù)、容量、和安全性。最抱負的充電電壓上限為4．2V。
鋰電芯放電時也要有電壓下限。當電芯電壓低于2．4V時，部分材料會開端被損壞。又由于電池會自放電，放愈久電壓會愈低，因此，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。因此，3．0V是一個抱負的放電截止電壓。
充放電時，除了電壓的束縛，電流的束縛也有其必要。電流過大時，鋰離子來不及進入儲存格，會聚集于材料表面。這些鋰離子獲得電子后，會在材料表面發(fā)生鋰原子結晶，這與過充相同，會構成危險性。假設電池外殼分裂，就會爆炸。
因此，對鋰離子電池的保護，至少要包含：充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項。一般鋰電池組內(nèi)，除了鋰電池芯外，都會有一片保護板，這片保護板首要就是供應這三項保護?？墒?，保護板的這三項保護顯然是不行的，全球鋰電池爆炸事情仍是頻傳。要確保電池系統(tǒng)的安全性，有必要對電池爆炸的原因，進行更仔細的分析。
二、電池爆炸原因：
1：內(nèi)部極化較大！
2：極片吸水，與電解液發(fā)生反應氣鼓。
3：電解液自身的質量，功用問題。
4：注液時分注液量達不到工藝要求。
5：安裝制程中激光焊焊接密封功用差，漏氣、測漏氣漏測。
6：粉塵，極片粉塵首先易導致微短路，詳細原因不知道。
7：正負極片較工藝范圍偏厚，入殼難。
8：注液封口問題，鋼珠密封功用欠好導致氣鼓。
9：殼體來料存在殼壁偏厚，殼體變形影響厚度。
三、爆炸類型分析
電池芯爆炸的類形可歸納為外部短路、內(nèi)部短路、及過充三種。此處的外部系指電芯的外部，包含了電池組內(nèi)部絕緣規(guī)劃不良等所引起的短路。
當電芯外部發(fā)生短路，電子組件又未能堵截回路時，電芯內(nèi)部會發(fā)生高熱，構成部分電解液汽化，將電池外殼撐大。當電池內(nèi)部溫度高到135攝氏度時，質量好的隔膜紙，會將細孔關閉，電化學反應中止或近乎中止，電流驟降，溫度也漸漸下降，從而防止了爆炸發(fā)生?？墒牵毧钻P閉率太差，或是細孔底子不會關閉的隔膜紙，會讓電池溫度持續(xù)升高，更多的電解液汽化，終究將電池外殼撐破，甚至將電池溫度進步到使材料燃燒并爆炸。
內(nèi)部短路首要是由于銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜，或是鋰原子的樹枝狀結晶穿破膈膜所構成。這些纖細的針狀金屬，會構成微短路。由于，針很細有必定的電阻值，因此，電流不見得會很大。銅鋁箔毛刺系在生產(chǎn)進程構成，可觀察到的現(xiàn)象是電池漏電太快，大都可被電芯廠或是拼裝廠篩檢出來。而且，由于毛刺纖細，有時會被燒斷，使得電池又康復正常。因此，因毛刺微短路引發(fā)爆炸的機率不高。
這樣的說法，可以從各電芯廠內(nèi)部都常有充電后不久，電壓就偏低的不良電池，可是卻鮮少發(fā)生爆炸事情，得到計算上的支撐。因此，內(nèi)部短路引發(fā)的爆炸，首要仍是由于過充構成的。由于，過充后極片上處處都是針狀鋰金屬結晶，刺穿點處處都是，處處都在發(fā)生微短路。因此，電池溫度會逐漸升高，終究高溫將電解液氣體。這種景象，不論是溫度過高使材料燃燒爆炸，仍是外殼先被撐破，使空氣進去與鋰金屬發(fā)生劇烈氧化，都是爆炸收場。
可是過充引發(fā)內(nèi)部短路構成的這種爆炸，并不必定發(fā)生在充電的當時。有或許電池溫度還未高到讓材料燃燒、發(fā)生的氣體也未足以撐破電池外殼時，顧客就中止充電，帶手機出門。這時很多的微短路所發(fā)生的熱，漸漸的將電池溫度進步，經(jīng)過一段時間后，才發(fā)生爆炸。顧客一起的描述都是拿起手機時發(fā)現(xiàn)手機很燙，丟掉后就爆炸。
歸納以上爆炸的類型，咱們可以將防爆要點放在過充的防止、外部短路的防止、及進步電芯安全性三方面。其間過充防止及外部短路防止屬于電子防護，與電池系統(tǒng)規(guī)劃及電池拼裝有較大聯(lián)絡。電芯安全性進步之要點為化學與機械防護，與電池芯制造廠有較大聯(lián)絡。
四、規(guī)劃標準
由于全球手機有數(shù)億只，要抵達安全，安全防護的失敗率有必要低于一億分之一。由于，電路板的故障率一般都遠高于一億分之一。因此，電池系統(tǒng)規(guī)劃時，有必要有兩道以上的安全防線。常見的過錯規(guī)劃是用充電器（adaptor）直接去充電池組。這樣將過充的防護重任，徹底交給電池組上的保護板。雖然保護板的故障率不高，可是，即使故障率低到百萬分之一，機率上全球仍是天天都會有爆炸事故發(fā)生。
電池系統(tǒng)如能對過充、過放、過電流都別離供應兩道安全防護，每道防護的失敗率假設是萬分之一，兩道防護就可以將失敗率降到一億分之一。常見的電池充電系統(tǒng)方塊圖如下，包含充電器及電池組兩大部分。充電器又包含適配器（Adaptor）及充電控制器兩部分。適配器將交流電轉為直流電，充電控制器則束縛直流電的最大電流及最高電壓。電池組包含保護板及電池芯兩大部分，以及一個PTC來限定最大電流。
文字方塊：適配器交流變直流文字方塊：充電控制器限流限壓文字方塊：充電器文字方塊：保護板過充、過放過流等防護文字方塊：電池組文字方塊：限流片文字方塊：電池芯以手機電池系統(tǒng)為例，過充防護系使用充電器輸出電壓設定在4．2V左右，來抵達第一層防護，這樣就算電池組上的保護板失效，電池也不會被過充而發(fā)生危險。第二道防護是保護板上的過充防護功用，一般設定為4．3V。這樣，保護板平常不必擔任堵截充電電流，只有當充電器電壓反常偏高時，才需求動作。過電流防護則是由保護板及限流片來擔任，這也是兩道防護，防止過電流及外部短路。由于過放電只會發(fā)生在電子產(chǎn)品被運用的進程。因此，一般規(guī)劃是由該電子產(chǎn)品的線路板來供應第一到防護，電池組上的保護板則供應第二道防護。當電子產(chǎn)品偵測到供電電壓低于3．0V時，應該自動關機。假設該產(chǎn)品規(guī)劃時未規(guī)劃這項功用，則保護板會在電壓低到2．4V時，關閉放電回路。
總歸，電池系統(tǒng)規(guī)劃時，有必要對過充、過放、與過電流別離供應兩道電子防護。其間保護板是第二道防護。把保護板拿掉后充電，假設電池會爆炸就代表規(guī)劃不良。
上述方法雖然供應了兩道防護，可是由于顧客在充電器壞掉后，常會買非原廠充電器來充電，而充電器業(yè)者，依據(jù)本錢考慮，常將充電控制器拿掉，來下降本錢。成果，劣幣驅趕良幣，市面上呈現(xiàn)了許多殘次充電器。這使得過充防護失去了第一道也是最重要的一道防線。而過充又是構成電池爆炸的最重要因素，因此，殘次充電器可以稱得上是電池爆炸事情的元兇。
當然，并非一切的電池系統(tǒng)都選用如上圖的方案。在有些情況下，電池組內(nèi)也會有充電控制器的規(guī)劃。例如：許多筆記型核算機的外加電池棒，就有充電控制器。這是由于筆記型核算機一般都將充電控制器做在核算機內(nèi)，只給顧客一個適配器。因此，筆記型核算機的外加電池組，就有必要有一個充電控制器，才干確保外加電池組在運用適配器充電時的安全。別的，運用轎車點煙器充電的產(chǎn)品，有時也會將充電控制器做在電池組內(nèi)。
終究的防線
假設電子的防護措施都失敗了，終究的一道防線，就要由電芯來供應了。電芯的安全層級，可依據(jù)電芯能否經(jīng)過外部短路和過充來大概區(qū)分等級。由于，電池爆炸前，假設內(nèi)部有鋰原子堆積在材料表面，爆炸威力會更大。而且，過充的防護常因顧客運用殘次充電器而只剩一道防線，因此，電芯抗過充才干比抗外部短路的才干更重要。
鋁殼電芯與鋼殼電芯安全性比較鋁殼相對于鋼殼具有很高的安全優(yōu)勢。
