鋰離子電池安全特性及保養(yǎng)方法有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-17 12:50
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為了確保鋰離子電池安全可靠的使用，專家們進行了非常嚴格、周密的電池安全設(shè)計，以達到電池安全考核指標。
（1）隔膜135℃自動關(guān)斷保護
采用國際先進的Celgard2300pE-pp-pE三層復合膜。在電池升溫達到120℃的情況下，復合膜兩側(cè)的pE膜孔閉合，電池內(nèi)阻增大，電池內(nèi)部升溫減緩，電池升溫達到135℃時，pp膜孔閉合，電池內(nèi)部斷路，電池不再升溫，確保電池安全可靠。
（2）向電液中加入添加劑
在電池過充，電池電壓高于4.2v的條件下，電液添加劑與電液中其他物質(zhì)聚合，電池內(nèi)阻大副增加，電池內(nèi)部形成大面積斷路，電池不再升溫。
（3）電池蓋復合結(jié)構(gòu)
電池蓋采用刻痕防爆結(jié)構(gòu)，電池升溫時，電池內(nèi)部活化過程中所產(chǎn)生的部分氣體膨脹，電池內(nèi)壓加大，壓力達到一定程度刻痕破裂、放氣。
本文將詳細介紹鋰離子電池的發(fā)展、電化學的最佳充電周期以及一些快速充電電路。本文還將解釋加速充電的缺點，使工程師能夠在下次設(shè)計充電器時做出明智的選擇。
鋰離子 (Li-ion) 電池背后的概念很簡單，但仍然歷經(jīng)了四十多年的努力并投入大量研究資金，才開發(fā)出為當今大多數(shù)便攜式產(chǎn)品可靠供電的技術(shù)。
最早的電池很脆弱，在充電期間容易過熱，但是經(jīng)過不斷發(fā)展，這些缺點已被克服。盡管如此，為確保達到滿電量，同時避免因過度充電而帶來相關(guān)的永久性損壞風險，充電時仍然需要按照精確的方案來限制充電電流。好消息是，材料科學和電化學的最新發(fā)展提高了電池離子的遷移率。遷移率越高，充電電流越大，并能加快充電周期“恒流”部分的充電速度 。
得益于這些發(fā)展，配備最新一代鋰離子電池的智能手機能夠在 20 到 30 分鐘內(nèi)從約 20% 的電量充電至 70%。電池能快充至四分之三電量，這一技術(shù)吸引了時間有限的消費者，為支持安全快速充電的充電器開辟了一個市場領(lǐng)域。為應對此趨勢，芯片供應商為設(shè)計人員提供了促進各種充電速率的 IC，以便加快鋰離子電池的充電速率。雖然實現(xiàn)了更快的充電速率，但始終需要進行權(quán)衡。
便攜式電源增強
鋰離子電池基于插層化合物。這種材料具有層狀晶體結(jié)構(gòu)，可讓鋰離子從層遷移或駐留在層間。在鋰離子電池放電期間，離子從負電極通過電解質(zhì)移動到正電極，使電子在電路中沿相反方向移動，從而為負載供電。一旦負電極中的離子耗盡，電流就會停止流動。給電池充電會迫使離子在電解質(zhì)中移回并將其自身嵌入負電極中，為下一個放電循環(huán)做好準備（圖 1）。
鋰離子電池的快速充電電路的特性分析
圖 1：在鋰離子電池中，鋰離子從一個插層化合物移動到另一個插層化合物，而電子在電路中流動，從而為負載供電。（圖片來源：Digi-Key）
如今的電池使用基于鋰的插層化合物，例如正電極采用鋰鈷氧化物 (LiCoO2)，由于比高反應性純鋰穩(wěn)定得多，因此也更安全。負電極則采用石墨（碳）。
雖然這些材料令人滿意，但并不完美。每次離子移動時，一些離子會與電極發(fā)生反應，變成材料的固有部分，從而失去電化學反應能力。因此，隨著自由離子的供應逐漸耗盡，電池壽命也在縮短。更糟糕的是，每個充電循環(huán)都會導致電極的體積膨脹。這會對晶體結(jié)構(gòu)施加應力，并導致微觀損傷，從而降低電極容納自由離子的能力。而這樣就會限制充電周期的次數(shù)。
