介紹鋰離子電池的發(fā)展現狀以及安全保護性能的內涵
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-05 18:31
點擊量：次
一、鋰離子電池的發(fā)展現狀以及安全保護性能的內涵
科技的進步帶來了人們生活水平的不斷提高，手機成為了人們生活中的必不可少的隨身物品。作為目前使用最廣泛、性能最好的手機電池，鋰離子電池在技術評估和價格方面有著巨大的優(yōu)勢。鋰離子電池是用鋰離子作為基本原料，是一款具有高能量密度的智能電池，它能夠實現與原裝的充電器簡易的交換，因此能夠在最短時間內充電，同時壽命周期保持較長時間，容量也能維持在一個較大的水平。鋰離子自身的特點也決定了它有不少劣勢：（1）高能量密度在濫用時會形成熱失控，大量熱量在短時間內被放出，容易引起爆炸；（2）電解質體系以碳氫化合物為溶劑，在外壓為4.6V時，碳氫化合物有機溶劑的氧化反應導致易燃現象，一旦溶劑出現泄漏，鋰離子電池會起火，嚴重時帶來爆炸；（3）充放電過程會引起電池正極材料化學特性的變化，引起強氧化作用，與碳氫有機溶劑接觸會產生強氧化反應，產生的熱量聚集，溫度容易升高，由于失控而導致爆炸。
鋰離子電池的大量使用和自身安全特性使得由于鋰離子電池引起的安全事故日益增多。進出口市場因為電池質量而出現的產品召回現象不斷發(fā)生。鋰離子的安全檢測應該具有更高的要求來保證市場上鋰離子電池的質量，減少安全事故的發(fā)生。
二、鋰離子電池安全保護性能影響因素以及評價
鋰離子電池的安全性定義為能夠抑制外界初始擾動引發(fā)的機械、熱量、光能等不安全行為的能力。影響安全性的因素可以分為內部和外部兩部分。?。ㄒ唬╀囯x子電池安全保護性能影響因素
1.內部因素正極材料、負極材料、電解質材料和隔膜材料都能影響到鋰離子電池的安全性能。鋰離子正極材料一般為嵌入化合物。高溫下，正極材料可能會熱分解，高壓過充時鋰離子從正極材料脫出，產生熱量，無法排除導致熱失控。負極材料容易堆積形成鋰枝晶，隔膜被刺穿，易形成可燃性氣體。鋰離子電池使用的有機電解液容易燃燒。隔膜材料如果不穩(wěn)定，存在斑點，容易被刺穿，與正極發(fā)生短路。
2.外部因素
外部因素通常是使用時出現了嚴重的過充電、過放電、電池局部溫度過高或者電池內部短路等等情況，通常由人為操作不當而引起。人為的鋰離子電池濫用會導致起火和爆炸等事故。
?。ǘ╀囯x子電池安全保護性能影響因素評價
能夠給鋰離子電池安全性能帶來影響的因素有很多，對于復雜系統的成因組合進行分析之后才能夠了解如何建立關鍵檢測技術。1.影響因素分解
引起鋰離子電池安全性能的因素由內到外可以分解為：設計制造層面和使用層面。設計制造層面包括正負極材料、電解質溶液、隔膜材料和各種包裹特性材料、各種材料之間的反應和平衡特征、內部安全保護電路設計等。使用層面分為濫用（機械壓力、不正當存儲等）和疲勞使用（過度循環(huán)和電解質材料遭到破壞）。
2.影響因素評價
對于鋰離子事故分析可知，由于電化學特性和化學反應存在不確定性，因此只有在無法忍受存貯、運輸和使用條件時，事故才容易引發(fā)。即使電池在設計或者制作流程上存在著漏洞，只要其能夠耐受相關使用環(huán)境，就不會發(fā)生事故。反而，如果鋰離子電池設計制作完美，合乎規(guī)范，但是“碰巧”某一塊結構不均勻或者合乎標準的電池已經經過多次循環(huán)使用，就極大可能引發(fā)事故。
三、鋰離子電池安全保護性能檢測
（一）鋰離子電池安全性能檢測現狀
目前國內外對于鋰離子安全性檢測的規(guī)定重點是運輸安全，內容上的缺陷是沒有具體量化指標，不利于潛在危險的檢測。近幾年由于發(fā)生了電池召回事件，國內外的研究關于更加科學高效檢測鋰離子安全性能的手段在不斷取得進步，尤其是對于熱效應和溫度的研究在不斷深入，檢測充放電過程中的熱量和熱傳導系數，建立電化學和熱效應理論模型，通過模擬溫度來描述電池的熱行為。?。ǘ┌踩阅艿臋z測進展以及新的檢測思路
現行的關于鋰離子安全性能檢測規(guī)定是《蜂窩電話用鋰離子電池總規(guī)范》，該規(guī)范通過檢測過充電保護、過放電保護和短路保護三項指標來判斷安全保護性能。輻射理論的研究和數字信號技術的發(fā)展使得紅外探測技術成為發(fā)展最為迅猛的非接觸測溫法之一。利用紅外熱像儀測量鋰離子產品內部的溫度情況，把表面溫度用圖像的形式展示出來，再結合電性能測試，對于熱像圖中有異常溫度變化的部位做出直觀的檢測和判斷。電池程控測試儀連接電腦和電池，動態(tài)采集充放電電流、電容等參數。
基于Newman模型的鋰離子電池建模和仿真技術從鋰離子電池熱效應的角度建立電池在一維充放電過程中的電化學、質量守恒和電荷守恒模型，分解鋰離子充放電過程中產生的熱源，測得不同熱源在不同充放電速率下的大小值并進行比較，從理論上搭建充放電模型，研究成熟之后再推廣至三維鋰離子電池充放電過程，模擬出三維情況下的溫度分布。與此同時，根據鋰離子電池內部成分在高溫下的化學反應發(fā)熱公式，研究鋰離子電池在濫用情況下的模型，建立濫用時的熱學模型，對于發(fā)熱過程進行三維仿真，探究鋰離子在過充電情況下的安全性能。
Q：那直接把LM324換成IM339不久可以了？還有，那個電流源怎么做？難道真的做個恒流電路？
A：是的，LM324和LM339通用，開始我的確使用OC的LM339來解決"或"關系，但后來把LED插進來，發(fā)現也可以用LM324，而且我手邊 只有LM324，如果省去充電指示功能（很多充電器沒有或者不是真正的，例如飛毛腿），可以用8腳的雙比較器LM393，并可以省去另外 4個元件。電流源可以這樣做：1.用成品電流源，我手里有兩個。2.用小功率結型場效應管，直接把S和G（即源極和柵極）接到一起。 3.用1個二極管、2個電阻和一個PNP三極管。若不用恒流源也可以湊合使用，改為一個店主（1KΩ），但效果差一些。
Q：此電路充電電流也是0.6A嗎？多長時間能充滿7.2V、1360mAh的鋰電池？
A：電流是可以通過店主來調節(jié)的。當調節(jié)到700mA時，充滿為兩個多小時，一般充電電流都取0.5C，太大了對壽命不理，太小了充電 時間太長。如果不介意充電時間長，電流也可以取得小一點。1360mAh的電池，0.5C電流就是680mA。
Q：單節(jié)鋰電池放電終止電壓是多大？
A：單節(jié)鋰電池，標稱3.6或者3.7V，世紀電壓大多數場合下比這要高，充滿電達到4.2V，并且放置后也不會降低，正常放電電壓為 4.1~3.6V，低于3.6V，有時用電器（比如數碼相機）就會顯示電池不足，達到3.1-3.2V時干脆就自動關機。盡管有些鋰電池說明書上 寫最低放電電壓為2.75V，但那一般是說大電流場合。盡管很多鋰電池的內部放電保護電路動作電壓為2。5V，那是極端場合，低于 2.5V會造成很大的、永久性的損害。事實上，一單電壓低于3.3V，放電曲線下降速度很快，已經沒有什么實用價值，因此建議放電終 止電壓為3.2V，如果大電流放電（0.5C左右），中止電壓可以低一些。
