什么是鋰電池，鋰電池為什么有安全性問題？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-06 18:08
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這幾天辦公室里一直在討論三星Note 7爆炸事件，騎電動車的同事更是擔心自己屁股底下的電池，會不會有一天像Note 7一樣（自己腦補一下畫面吧(╯▽╰)）
那么鋰電池為什么會爆炸，為什么有安全性問題呢？帶著疑問，讓我們一起學習一下！
1、內部短路是如何形成的：鋰離子電池的最大的隱患是應用鈷酸鋰的鋰離子電池在過充的情況下（甚至正常充放電時），鋰離子在負極堆積形成枝晶，刺穿隔膜，形成內部短路。
2、產(chǎn)生大電流：外部短路，內部短路將產(chǎn)生幾百安培的過大電流
i. 外部短路時，由于外部負載過低，電池瞬間大電流放電。在內阻上消耗大量能量，產(chǎn)生巨大熱量。
ii.內部短路，主要原因是隔膜被穿透，內部形成大電流，溫度上升導致隔膜熔化，短路面積擴大，進而形成惡性循環(huán)
3、氣體是哪里來的：鋰離子電池為達到單只電芯3 － 4.2V 的高工作電壓（鎳氫和鎳硌電池工作電壓為1.2V ，鉛酸電池工作電壓為 2V ），必須采取分解電壓大于2V 的有機電解液，而采用有機電解液在大電流，高溫的條件下會被電解，電解產(chǎn)生氣體，導致內部壓力升高，嚴重會沖破殼體
4、燃燒是如何發(fā)生的：熱量來源于大電流，同時在高電壓（超過 5V ）情況下，正極鋰的氧化物也會發(fā)生氧化反應，析出金屬鋰，在氣體導致殼體破裂的情況下，與空氣直接接觸，導致燃燒，同時引燃電解液，發(fā)生強烈火焰，氣體急速膨脹，發(fā)生爆炸。
5、聚合物電池是否會有安全性問題：聚合物電池與鋰離子電池的區(qū)別在于電解液為膠狀、半固態(tài)，鋰離子電池電解液為液態(tài)。所以，聚合物電池可以使用軟包裝，在內部產(chǎn)生氣體時，可以更早的突破殼體，避免氣體聚集過多，產(chǎn)生激烈漲裂。但聚合物電池并沒有從根本上解決安全性問題，同樣使用鈷酸鋰和有機電解液，而且電解液為膠狀，不易泄漏，將會發(fā)生更猛烈的燃燒，燃燒是聚合物電池安全性最大的問題。
如何解決大容量鋰電池的安全性問題
鋰離子電池的安全性問題，并不是外圍問題，而是一個基于材料技術的本質問題。
在材料技術上取得突破：
1、 選擇安全的正極材料，目前的正極有鈷酸鋰和錳酸鋰兩種量產(chǎn)的材料產(chǎn)品。鈷酸鋰在小電芯方面是很成熟的體系，由于鈷酸鋰在分子結構方面（ LiCo ）的特點：充滿電后，仍舊有大量的鋰離子留在正極，當過充時，殘留在正極的鋰離子將會涌向負極，在負極上形成枝晶是采用鈷酸鋰材料的電池過充時必然的結果，甚至在正常充放電過程中，也有可能會有多余的鋰離子游離到負極形成枝晶。所以手機電池頻頻發(fā)生爆炸事件，一方面是由于保護電路失效，但更重要的是在材料方面并沒有根本的解決問題。同時鈷酸鋰的氧化性強，在 175 度時就會分解，殼體泄漏，與空氣接觸，發(fā)生燃燒、爆炸。
2、 選擇錳酸鋰材料，在分子結構方面保證了在滿電狀態(tài)，正極的鋰離子已經(jīng)完全嵌入到負極炭孔中，從根本上避免了枝晶的產(chǎn)生。同時錳酸鋰穩(wěn)固的結構，使其氧化性能遠遠低于鈷酸鋰，分解溫度超過鈷酸鋰 100 度，即使由于外力發(fā)生內部短路（針刺），外部短路，過充電時，也完全能夠避免了由于析出金屬鋰引發(fā)燃燒、爆炸的危險。
3、 選擇熱關閉性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔離電池正負極的同時，允許鋰離子的通過。當溫度升高時，在隔膜熔化前進行關閉，從而使內阻上升至 2000 歐姆，讓內部反應停止下來。
4、 防爆閥：當內部壓力或溫度達到預置的標準時，防爆閥將打開，開始進行卸壓，以防止內部氣體積累過多，發(fā)生形變，最終導致殼體爆裂。
5、 保護電路：通常保護電路需起到防止過充電，過放電，超大電流的作用。主要原理是通過測量每一只電芯的電壓和總電流，控制開關電路進行整個回路的關斷，在電路的設計上并沒有過高的難度。但保護電路的設計是否合理，可靠性是否足夠高，是考驗生產(chǎn)廠商的能力。保護電路是基于大約數(shù)十個個電阻、電容，開關 MOS 管等電子元器件組成的 PCB 電路，各個元器件都存在失效的可能性。失效的保護電路會出現(xiàn)開路或導通兩種狀態(tài)，當開路時會導致用戶不能使用電池組，而導通的狀態(tài)將會考驗電芯抗過充的能力。
