不同材料和結(jié)構(gòu)特點會對電池制備技術(shù)與使用造成什么影響呢?
從目前使用的鋰離子電池主流技術(shù)來看,主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和聚合物幾種類型,它們的不同材料和結(jié)構(gòu)特點會對電池制備技術(shù)與使用造成影響,從而帶來的安全性也有不同。
一、鈷酸鋰電池:在制備上的最大特點是,在充滿電后,仍有大量的鋰離子留在正極。也就是說,負極上容納不了更多的附著在正極上的鋰離子,但在過充狀態(tài)下,正極上多余的鋰離子仍會向負極游動,因不能完全容納便會在負極上形成金屬鋰,由于這種金屬鋰是樹枝狀的晶體,因而被稱為枝晶,枝晶一旦形成,就會給刺穿隔膜提供機會。隔膜刺穿將形成內(nèi)部短路。由于電解液的主要成分是碳酸脂,閃電和沸點較低,這樣,在溫度較高的情況下就會燃燒甚至爆炸??刂其囍У男纬稍谛∪萘夸囯姵厣媳容^容易,因此,鈷酸鋰電池目前僅限于便攜式電子設備等小容量電池,而不能用于動力電池。
二、聚合物鋰電池:在實際可用的理論比能量上有極大的提高,相對于鈷酸鋰電池,可以更好地發(fā)揮高容量作用,但從材料上來說,聚合物電池也采用鈷酸鋰和有機電解液,所以并未根本解決安全性問題。從使用角度來看,電池如果發(fā)生短路將產(chǎn)生過大電流。聚合物鋰電池的電解液為膠體,不易泄漏,也就排除了漏液的可能性,但將因此發(fā)生更猛烈的燃燒,因此,自燃是聚合物鋰電池的最大隱患。 富錳分層技術(shù)包括兩個含義:1、富錳:就是指高容量的富錳正極,試驗證明,鋰電池正極材料同時具有活性成分和惰性成分,通過正極材料活性成分,鋰離子可在正負極間移動形成充放電;而惰性成分有助于穩(wěn)定活性物質(zhì),從而延長電池壽命。富錳正極材料可以帶來多出1/3的能量密度。2、分層:就是指這種電池的制備采用兩個不同的分層組件,使正極表現(xiàn)為一層層的復合結(jié)構(gòu),為此,在涂層、孔隙率和材料成分等工藝選擇上需要進行改進。通過分層技術(shù),使鋰電池正極材料配比更趨合理,最終使正極材料可接受的電荷數(shù)量獲得極大提升。
三、錳酸鋰電池:錳酸鋰電池的材料具有一定的優(yōu)點,它可以保證在滿電狀態(tài)下,正極的鋰離子可以完全嵌入到負極炭孔中,而不是象鈷酸鋰那樣會在正極有一定殘留,這就從根本上避免了枝晶的產(chǎn)生。這是從理論上來認識。實際上,錳酸鋰電池如果遭遇強大外力作用或者制備過程中偷工減料都有可能造成電池在充放電循環(huán)過程中瞬間形成鋰離子快速移動。在負極來不及完全接收鋰離子的情況下形成枝晶。避免這一后果要從電池出廠時的測試來保證??傊瑱z測合格的錳酸鋰電池一般不會發(fā)生安全事故。因為,錳酸鋰穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)使其氧化性能遠遠低于鈷酸鋰,即使外部短路(而非內(nèi)部短路),也基本能避免析出金屬鋰引發(fā)燃燒和爆炸。
四、磷酸鐵鋰電池:這是一種理想的動力電池,可用于電動工具和動力汽車等,磷酸鐵鋰的理論容量是170mAh/g,做成材料的實際可達容量為160mAh/g。在安全性上,磷酸鐵鋰熱穩(wěn)定高,電解液氧化能力低,因而安全性高;但其缺陷是電導率低,需要改性技術(shù)來提高,結(jié)果,體積過大,電解液用量多。而且,由于容量大,電池的一致性較差,目前,磷酸鐵鋰技術(shù)還在研究中。
鋰電池的“安全性”始終是困擾鋰電池產(chǎn)業(yè)化的一個重要問題,近年曝光的電池爆炸事故無一例外都是由鋰電池使用引起的,說起爆炸原因,與其他類型的電池相比較,這是由鋰電池材料及工藝的特殊性質(zhì)決定的。為此,應該了解鋰電池爆炸的知識,我們試從以下三個方面進行說明。
一、什么是電池爆炸?
國標規(guī)定,電池內(nèi)的任何部分的固態(tài)物質(zhì)瞬間噴出,被推至鋰電池25cm及以上的距離稱為爆炸。實驗中的認定方法是:將一個圓形網(wǎng)狀物罩住實驗電池,使電池居于圓心位置,即,距離網(wǎng)罩任何一邊為25cm,如果實驗無固體部分通過網(wǎng)罩,證明電池未爆炸。這里對“網(wǎng)”有具體要示:網(wǎng)線采用直徑為0.25mm的軟鋁線,網(wǎng)的密度為6~7根/cm。
二、怎樣預防鋰電池爆炸?
所有發(fā)生的鋰電池爆炸都是由于短路引起的電池發(fā)熱造成的,而引起短路的原因又有過充、過放、正負極直接對接,電解質(zhì)泄漏等。所以,在鋰電池設計中,可從以下幾點著手:
1、禁止電池過充到4.2V以上;
2、禁止電池過放到2.75V以下;
3、在金屬外殼上裝上防爆閥;
4、工藝過程中防短路。
設計鋰電池過程中當然是要有電池保護線路板的設計。這雖然會增加鋰電池的制造成本,但出于要安全使用鋰電池是必要的,一切正規(guī)的鋰電池生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品都免不了這一設計。
三、聚合物鋰電池會爆炸嗎?
聚合物鋰電池是采用軟性包裝和聚合物電解質(zhì)而制成的一種鋰電池產(chǎn)品,正常情況下的使用、貯存都不會爆炸,除非人為強力破壞導致其短路。
為了減少爆炸事故的發(fā)生,聚合物鋰電池正在越來越多的場合被大家所使用,雖然鋰電池替代其他類型電池還在替換當中,但在鋰電池類型中,聚合物鋰電池已經(jīng)開始在部分領域取代普通鋰電池














