爆炸類型分析

 

 

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

 

讓我們從外部短路開始。原理很簡單。一種導(dǎo)電物質(zhì)將電池外部的正極和負(fù)極連接起來。當(dāng)外部短路發(fā)生時(shí)，電流增加，電池開始升溫。當(dāng)熱量增加時(shí)，電解質(zhì)分解，產(chǎn)生大量氣體，電池膨脹。我們講過很多具有封閉功能的膜，在一定的溫度下，膜會(huì)封閉，阻止鋰離子的轉(zhuǎn)移，然后阻止化學(xué)反應(yīng)，電流下降，溫度下降，這就防止了電池爆炸。當(dāng)然，以上只是基于一個(gè)好質(zhì)量的膜片。

 

內(nèi)部短路主要是銅箔和鋁箔的毛刺刺穿隔膜，或鋰原子的枝晶晶體穿透隔膜。這些微小的針狀金屬會(huì)導(dǎo)致微短路。因?yàn)楹鼙∮幸欢ǖ淖柚?，所以電流不一定很大。銅箔在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生毛刺。觀察到的現(xiàn)象是電池泄漏和快速自放電，其中大部分可以通過短路測(cè)試儀檢測(cè)到。由于毛刺很小，它有時(shí)會(huì)燃燒掉，使電池恢復(fù)正常。因此，由毛刺短路引起爆炸的概率不高。毛刺主要來自切割，激光切割很少毛刺。而枝晶源多、電流大、析鋰等都會(huì)引起。

 

 

由充電過度引起的爆炸是比較常見的。電池過充后，極板上到處都是針狀鋰晶體，到處都是擊穿點(diǎn)，到處都是微短路。因此，電池溫度會(huì)逐漸升高，最后高溫會(huì)電解出氣體。這種情況下，無論是溫度過高使材料燃燒爆炸，還是外殼先爆炸，使空氣進(jìn)入鋰金屬強(qiáng)烈氧化，都是爆炸!!但是這種由充電過度引起的內(nèi)部短路引起的爆炸，并不一定發(fā)生在充電時(shí)。我們以通常的方式,分析了手機(jī)電池,還有一個(gè)情況下,電池溫度不夠高的材料燃燒產(chǎn)生的氣體并沒有強(qiáng)大到足以爆炸電池的情況下,所以我們停止充電,帶手機(jī)出去。此時(shí)，大量的微短路所產(chǎn)生的熱量慢慢提高了電池的溫度，一段時(shí)間后，就會(huì)發(fā)生爆炸。消費(fèi)者通常描述拿起他們的手機(jī)，發(fā)現(xiàn)它們很熱，把它們?nèi)拥?，然后爆炸。雖然現(xiàn)在很多都有自動(dòng)關(guān)機(jī)功能，但還是溫馨提醒，盡量不要長時(shí)間充電。

 

保護(hù)機(jī)制

 

 

不管是充電還是放電，我們都有一個(gè)測(cè)量方法，我們通常用電壓來阻止它。以鎳鈷錳酸鋰和石墨陰極三元電池為例。當(dāng)電池充電電壓高于4.2v時(shí)，危險(xiǎn)也會(huì)悄然而至。電壓越高，危險(xiǎn)越大。因?yàn)楫?dāng)電壓高于4.2v時(shí)，正極材料中的鋰原子數(shù)量減少，持有原子的結(jié)構(gòu)坍塌，永久不可逆。如果你繼續(xù)充電，那么陰極已經(jīng)充滿了鋰離子，鋰離子在陰極表面與電子形成鋰金屬，我們稱之為樹突，這些樹突穿透膜，短路陽極和陰極。過充還會(huì)升高溫度，溫度超過180℃，電解液就會(huì)分解，產(chǎn)生大量的氣體和熱量，外殼就會(huì)膨脹，破裂后，氧氣變成鋰金屬，劇烈的反應(yīng)也會(huì)爆炸。因此，充電電壓上限是一種保護(hù)措施。

 

 

鋰電池放電也必須有一個(gè)較低的電壓限制。當(dāng)電池電壓低于2.4v時(shí)，部分材料開始損壞。而且由于電池會(huì)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。一般來說，我們選擇3.0v作為我們的三部分電池的理想放電截止電壓。所以不要做過頭，這是另一種保護(hù)。