鋰電池脹爆原因分析

當(dāng)鋰金屬暴露于空氣中時(shí)，它會(huì)與氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)而爆炸。為了安全和電壓，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何使用石墨和鋰鈷氧化物等材料來存儲(chǔ)鋰原子。

一、鋰離子電池的特點(diǎn)

鋰是元素周期表上最小、最活潑的金屬。體積小所以容量密度高，深受廣大客戶和工程技術(shù)人員的歡迎。但這種化學(xué)反應(yīng)太過生動(dòng)，不會(huì)有危險(xiǎn)。當(dāng)鋰金屬暴露于空氣中時(shí)，它會(huì)與氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)而爆炸。為了安全和電壓，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何使用石墨和鋰鈷氧化物等材料來存儲(chǔ)鋰原子。這些數(shù)據(jù)的分子結(jié)構(gòu)形成了納米級(jí)的薄存儲(chǔ)單元，可以用來存儲(chǔ)鋰原子。這樣，即使電池外殼裂開，氧氣進(jìn)入，氧分子也會(huì)大到無法裝入微小的電池中，從而防止鋰原子接觸到氧氣而爆炸。

鋰離子電池的這一原理使人們?cè)谝黄皤@得其高容量密度的同時(shí)，也達(dá)到了安全的目的。當(dāng)鋰離子電池充電時(shí)，正極中的鋰原子失去電子并氧化成鋰離子。鋰離子通過電解液到達(dá)負(fù)極，進(jìn)入負(fù)極的存儲(chǔ)單元，獲得一個(gè)電子，并被還原為鋰原子。當(dāng)放電發(fā)生時(shí)，整個(gè)過程是相反的。為了避免電池的正極和負(fù)極的直接接觸和短路，將電池加到有許多小孔的間隙紙上，以避免短路。好的阻隔紙還可以在電池溫度過高時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉細(xì)小的孔，使鋰離子無法通過，浪費(fèi)功夫，避免危險(xiǎn)的攻擊。

保護(hù):鋰電池過充至電壓高于4.2v時(shí)，會(huì)對(duì)初期攻擊產(chǎn)生副作用。過充壓力越高，風(fēng)險(xiǎn)越高。當(dāng)鋰電池電壓高于4.2v后，正極數(shù)據(jù)中剩余的鋰原子數(shù)不到一半。此時(shí)，存儲(chǔ)單元往往會(huì)崩潰，使電池容量永久降低。如果電池連續(xù)充電，陽(yáng)極的存儲(chǔ)單元現(xiàn)在充滿了鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會(huì)在陽(yáng)極數(shù)據(jù)的表面堆積。這些鋰原子會(huì)從負(fù)極的外面沿鋰離子的方向生長(zhǎng)出樹枝狀晶體。這些鋰晶體會(huì)通過間隙紙，使正極和負(fù)極短路。有時(shí)電池在短路發(fā)生之前就爆炸了。這是因?yàn)樵谶^充過程中，電解液等數(shù)據(jù)會(huì)將爆裂的氣體擊破，導(dǎo)致電池外殼或壓力閥鼓裂，使氧氣進(jìn)入負(fù)極表面積累的鋰原子并與之發(fā)生反應(yīng)，然后爆裂。

因此，在鋰電池充電時(shí)，一定要設(shè)置電壓上限，才能能夠兼顧電池的壽命、容量和安全性。最有野心的充電電壓限制是4.2v。鋰電池的放電也應(yīng)該有一個(gè)電壓下限。當(dāng)電池電壓低于2.4V時(shí)，部分?jǐn)?shù)據(jù)開始會(huì)被損壞。由于電池會(huì)放電，電壓越長(zhǎng)越低，因此，放電前最好不要放2.4V。鋰電池從3.0v到2.4v放電時(shí)所釋放的能量?jī)H為電池容量的3%左右。因此，3.0V是理想的放電截止電壓。充放電時(shí)，除了電壓約束外，還需要電流約束。當(dāng)電流過大時(shí)，鋰離子沒有時(shí)間進(jìn)入存儲(chǔ)單元，會(huì)隨著數(shù)據(jù)的出現(xiàn)而收斂。這些鋰離子在獲得電子后，會(huì)導(dǎo)致鋰原子在數(shù)據(jù)外部結(jié)晶，這和充電過量一樣危險(xiǎn)。如果電池外殼裂開，它就會(huì)破裂。

因此，對(duì)鋰離子電池的保護(hù)至少包括:充電電壓上限、放電電壓下限、電流上限。一般鋰電池組，除了鋰電池芯外，還會(huì)有一個(gè)保護(hù)板，這個(gè)保護(hù)板是這三種保護(hù)的主要供給。然而，這三種防護(hù)板顯然是不夠的，全球鋰電池爆炸仍然是經(jīng)常發(fā)生的事情。

為了保證電池系統(tǒng)的安全，有必要對(duì)電池爆炸的原因進(jìn)行更細(xì)致的分析。