鋰離子電池特性

 

鋰是元素周期表上最小最活潑的金屬。由于其體積小，容量密度高，深受用戶和工程師的喜愛。然而，化學性質(zhì)過于活潑，帶來了很高的風險。當鋰暴露于空氣中時，它會與氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應。為了提高安全性和電壓，科學家們開發(fā)了石墨和鋰鈷氧化物等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結構形成了微小的納米級存儲格，可以用來存儲鋰原子。這樣，即使電池外殼破裂，氧氣進入，氧分子也太大，無法裝入微小的電池中，從而防止鋰原子與氧氣接觸并爆炸。鋰離子電池的這一原理使人們獲得了它的高容量密度，同時也達到了安全的目的。

 

當鋰離子電池充電時，鋰原子失去電子并氧化成鋰離子。鋰離子通過電解質(zhì)到達陰極，在那里它們進入陰極電池，獲得一個電子，并被還原為鋰原子。當卸貨時，整個過程是相反的。為了防止電池因正極和負極直接接觸而短路，在電池上加了帶有許多小孔的隔膜紙以防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時，自動關閉細小的孔，使鋰離子不能通過，以免浪費功夫，防止危險的發(fā)生。

 

保護措施

 

當充電電壓超過4.2v時，鋰電池會開始產(chǎn)生副作用。壓力越大，風險越大。當鋰電池電壓高于4.2v時，只有不到一半的鋰原子留在正極材料中，電池經(jīng)常會崩潰，導致電池容量永久性下降。如果電池充電，后續(xù)的鋰金屬會在材料表面堆積，因為負極電池已經(jīng)充滿了鋰原子。這些鋰原子從陰極表面向鋰離子方向生長出樹枝狀晶體。這些鋰晶體將通過隔膜紙，短路陽極和陰極。有時電池在短路發(fā)生前就爆炸了。這是因為在過度充電時，電解液等物質(zhì)會分解產(chǎn)生氣體，導致電池外殼或壓力閥膨脹和爆裂，讓氧氣進入，并與積聚在負極表面的鋰原子發(fā)生反應，導致負極爆炸。因此，鋰電池充電時，必須設置電壓上限，才能兼顧電池的壽命、容量和安全性。充電電壓的最優(yōu)上限為4.2v。

 

鋰電池放電也必須有一個較低的電壓限制。當電池電壓低于2.4v時，部分材料開始損壞。而且由于電池會自放電，電壓越長越低，因此，最好不要把放電到2.4V停止。在3.0v至2.4v放電期間，鋰電池只能釋放約3%的容量。因此，3.0v是理想的放電截止電壓。

 

充放電時，除了電壓限制外，電流限制也是必要的。當電流過大時，鋰離子沒有時間進入儲存電池，會在材料表面堆積。當這些離子獲得電子時，它們會在材料的表面結晶化鋰原子，這和充電過量一樣危險。如果電池盒壞了，它就會爆炸。

 

因此，鋰離子電池的保護，至少要包括:充電電壓上限、放電電壓下限、電流上限三部分。一般的鋰電池組，除了鋰電池電池外，還會有一個保護板，這個保護板主要是提供這三個保護。然而，三防護板的防護明顯不夠，鋰電池爆炸事故仍在世界各地頻繁發(fā)生。為了保證電池系統(tǒng)的安全，必須更仔細地分析電池爆炸的原因。