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鋰電池常見爆炸原因和類型分析

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2021年08月30日  

1、原材料、來料存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題,緊要是電解液的質(zhì)量;


2、極片吸水,水與電解液反應(yīng),出現(xiàn)大量的氣體和熱;


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,密封性能差,存在漏氣,外部水分進(jìn)入;


5、內(nèi)部微短路,緊要是粉塵毛刺,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,形成枝晶,刺穿隔膜短路;


7、電池過充,材料結(jié)構(gòu)坍塌,鋰枝晶形成刺穿隔膜。


爆炸類型分解


鋰離子電池的爆炸類型,緊要分為短路和過充,短路又分為內(nèi)部短路和外部短路。


咱先說說外部短路,原理很簡單,一個(gè)導(dǎo)電的物質(zhì),從電池外部同時(shí)聯(lián)通了正極和負(fù)極。發(fā)生外部短路的時(shí)候,電流變大,電池內(nèi)部開始產(chǎn)熱,當(dāng)熱量變大,電解液會(huì)分析,出現(xiàn)大量氣體,電池鼓脹。我們說到很多隔膜有閉孔的功能,達(dá)到一定溫度隔膜會(huì)閉孔,阻止鋰離子的傳輸,從而阻斷化學(xué)反應(yīng),電流降下來,溫度也慢慢下降,從而戒備了電池爆炸。當(dāng)然,以上只是基于質(zhì)量良好的隔膜。


內(nèi)部短路緊要是因?yàn)殂~箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜,或是鋰原子的樹枝狀結(jié)晶穿破膈膜所造成。這些細(xì)小的針狀金屬,會(huì)造成微短路。由于很細(xì)有一定的電阻值,因此,電流不見得會(huì)很大。銅鋁箔毛刺會(huì)在加工過程造成,可觀察到的現(xiàn)象是電池漏電、自放電快,多數(shù)可被短路探測儀測試出來。而且,由于毛刺細(xì)小,有時(shí)會(huì)被燒斷,使得電池又恢復(fù)正常。因此,因毛刺微短路引發(fā)爆炸的機(jī)率不高。毛刺緊要來源于分切,激光切少有毛刺。而枝晶來源就多了,大電流、析鋰等等都會(huì)造成。


過充造成的爆炸,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(diǎn)到處都是,到處都在發(fā)生微短路。因此,電池溫度會(huì)逐漸升高,最后高溫將電解液氣體。這種情形,不論是溫度過高使材料燃燒爆炸,還是外殼先被撐破,使空氣進(jìn)去與鋰金屬發(fā)生猛烈氧化,都是爆炸!!!但是過充引發(fā)內(nèi)部短路造成的這種爆炸,并不一定發(fā)生在充電的當(dāng)時(shí)。我們以常見的手機(jī)電池分解,還有這樣一種情況,電池溫度還未高到讓材料燃燒、出現(xiàn)的氣體也未足以撐破電池外殼時(shí),我們就終止充電,帶手機(jī)出門。這時(shí)眾多的微短路所出現(xiàn)的熱,慢慢的將電池溫度提高,經(jīng)過一段時(shí)間后,才發(fā)生爆炸。消費(fèi)者共同的描述都是拿起手機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)手機(jī)很燙,扔掉后就爆炸。雖然今朝很多都有自動(dòng)斷電功能,但還是溫馨提示,盡量不要長時(shí)間充電。


保護(hù)機(jī)制


無論是充電,還是放電,我們都有一個(gè)掂量標(biāo)準(zhǔn),通常使用的是以電壓來停止。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(shí),危險(xiǎn)也會(huì)悄悄到來,電壓越高,危險(xiǎn)性越高。因?yàn)楫?dāng)電壓高于4.2V時(shí)候,正極材料里面的鋰原子數(shù)量減少,儲(chǔ)存原子的結(jié)構(gòu)就會(huì)坍塌,并且是永久性的是不可逆的。倘若持續(xù)充電,那么負(fù)極已經(jīng)塞滿了鋰離子情況下,鋰離子就會(huì)在負(fù)極表面與電子生成鋰金屬,也就是我們說的枝晶,這些枝晶會(huì)刺穿隔膜,使正負(fù)極短路。過充還會(huì)讓溫度升高,溫度超過180℃,電解液會(huì)分析,出現(xiàn)大量的氣體和熱量,殼體會(huì)膨脹,破碎后,氧氣進(jìn)入與鋰金屬發(fā)生劇烈反應(yīng)也會(huì)爆炸。所以充電電壓上限是一個(gè)保護(hù)措施。


鋰離子電池放電時(shí)也要有電壓下限。當(dāng)電芯電壓低于2.4V時(shí),部分材料會(huì)開始被破壞。又由于電池會(huì)自放電,放愈久電壓會(huì)愈低,因此,放電時(shí)最好不要放到2.4V才停止。鋰離子電池從3.0V放電到2.4V這段期間,所釋放的能量只占電池容量的3%左右。通常,我們?nèi)姵剡x用3.0V作為一個(gè)理想的放電截止電壓。所以不要過放是另一個(gè)保護(hù)措施。


除了剛才說的充電截止電壓、放電截止電壓以外,我們還用電流來保護(hù)電池,也就是我們常關(guān)注的倍率性能,那些所謂的幾分鐘洋溢電選用了特殊材料,比如石墨烯??梢院唵卫斫鉃槟愕牟璞?,帶網(wǎng)狀茶隔的那種,倘若你慢慢倒水,一點(diǎn)也不堵,水也不會(huì)濺出來??墒悄銚Q了一個(gè)大水龍頭,你會(huì)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上堵塞了,來不及進(jìn)去。大電流對(duì)電池的傷害緊要表現(xiàn)為,電流過大時(shí),鋰離子來不及進(jìn)入儲(chǔ)存格,會(huì)集中于材料表面。這些鋰離子獲得電子后,會(huì)在材料表面出現(xiàn)鋰原子結(jié)晶,這與過充相同,會(huì)造成危險(xiǎn)。萬一電池外殼破碎,就會(huì)爆炸。


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