如何正確理解鋰電池過(guò)充現(xiàn)象？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-03 11:01
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在現(xiàn)實(shí)生活發(fā)生不少在充電時(shí)手機(jī)爆炸的案例。比如新華網(wǎng)曾報(bào)道在2015年3月4日一23歲女孩充電玩手機(jī)被燒焦，山西晚報(bào)也曾報(bào)道在2015年6月15日一18歲少年充電玩手機(jī)時(shí)觸電身亡。發(fā)生這些慘劇的原因可以歸結(jié)于電池本身有損壞，充電器沒(méi)有IC保護(hù)，電源本身也有質(zhì)量問(wèn)題等等。當(dāng)充電完成后電流還在不斷的輸入時(shí)，因?yàn)殡姵氐碾娙萘恳呀?jīng)到達(dá)上限，此時(shí)大部分的電流則由電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮鼙幌模谑请姵亻_(kāi)始變熱。
一般常識(shí)也告訴我們，電池最佳的保存方法常溫且干燥處，不管是鎳氫電池還是鋰電池其實(shí)都一樣。當(dāng)過(guò)充發(fā)生時(shí)，毫無(wú)疑問(wèn)電流轉(zhuǎn)化的熱能會(huì)大量散發(fā)出來(lái)，從而導(dǎo)致鋰電池正極電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，消耗鋰電池的最大電容量，當(dāng)熱量積攢到一定程度時(shí)，起火、爆炸這類事件都是有可能發(fā)生。
面對(duì)安全性如此低的事情，自然手機(jī)廠商們和充電器廠商們不會(huì)坐視不管。畢竟當(dāng)用戶發(fā)生安全問(wèn)題時(shí)倒霉的一定是他們，所以在給手機(jī)充電時(shí)有了許多的講究，尤其是以現(xiàn)在主流的以USB口進(jìn)行充電的手機(jī)和充電器都非常有講究。
鋰離子電池因具有環(huán)境友好、工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)及自放電小等顯著優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于3C(ComputerCommunication和ConsumerElectronic)電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能設(shè)備及船用領(lǐng)域。尤其是鋰離子電池高的能量密度(170Wh/kg)，約為傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的3倍，使其在動(dòng)力電源領(lǐng)域具有較強(qiáng)的吸引力。而正極材料的能量密度主要決定了鋰離子電池的能量密度，可見(jiàn)正極材料在鋰離子電池化學(xué)體系中起著至關(guān)重要的作用，其中研究較為廣泛的鋰離子電池正極材料為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳錳酸鋰、三元鎳鈷錳鋰(NCM)、三元鎳鈷鋁鋰(NCA)及富鋰錳基正極材料。
1特點(diǎn)
1.1鈷酸鋰
LiCoO2是最早商業(yè)化的層狀過(guò)渡金屬氧化物材料，由于其研制技術(shù)成熟、能量密度較高，仍是目前3C領(lǐng)域產(chǎn)品的主流正極材料之一。LiCoO2的理論比容量274mAh/g，而在實(shí)際使用過(guò)程中，4.35V(vs.Li+/Li)的放電比容量可達(dá)160mAh/g}4.5V(vs.Li+/Li)的放電比容量可達(dá)170mAh/g以上。以LiCoO2作為正極的18650電池單體，其容量和能量密度分別可達(dá)2.6Ah和205Wh/kg。
然而，在高電壓下LiCoO2材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易與液態(tài)電解液發(fā)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致熱失控發(fā)生，因而限制了其在動(dòng)力領(lǐng)域的應(yīng)用。近些年，主要從LiCoO2材料摻雜、表面惰性材料包覆入手，對(duì)材料進(jìn)行改性。
1.2錳酸鋰
立方相尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰LiMn204具有4.0V的放電平臺(tái)，其理論比容量148mAh/g，實(shí)際可逆比容量能可達(dá)120-130mAh/g。以LiMn204作為正極的18650電池單體，其容量和能量密度分別可達(dá)1.5Ah和120Wh/kg。然而，LiMn204材料存在高溫循環(huán)性能不佳的問(wèn)題，原因可能為:
(1)在充放電循環(huán)過(guò)程中，因Mn3+的Jahn-Teller效應(yīng)使LiMn204由立方晶系變?yōu)樗姆骄?，從而引起材料晶胞體積發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致電池的體積發(fā)生改變、材料顆粒彼此接觸不緊密；(2)在過(guò)充或熱效應(yīng)下，材料表而溫度快速上升，使電解液發(fā)生分解。
近年來(lái)，研究者嘗試了多種手段對(duì)LiMn204材料進(jìn)行改性，包括：
(1)氧化物包覆Park等。通過(guò)在LiMn204材料包覆一層兩性氧化物薄膜，以減少材料與電解液之間的反應(yīng)；
(2)金屬陽(yáng)離子摻雜。如Co3+、Fe3+、Mg2+等；
(3)降低LiMn204材料比表而積縮小比表能可相應(yīng)減少電解液與活性物質(zhì)間的接觸，從而降低電極與電解質(zhì)間的分解反應(yīng)速率。
過(guò)充其實(shí)很好理解，就是手機(jī)在顯示電量已滿的情況下還在繼續(xù)為手機(jī)電池進(jìn)行充電，這種時(shí)候我們就稱手機(jī)正發(fā)生過(guò)充。在電池電量已滿的情況下繼續(xù)充電會(huì)導(dǎo)致正極材料結(jié)構(gòu)變化，造成容量損失，而其分解放氧與電解液會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，最壞的結(jié)果自然就是發(fā)生爆炸。
