鋰電池爆炸原理及類別分析
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-16 20:27
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爆炸的原因類別：
負(fù)極容量不足
水份含量過高
內(nèi)部短路
保護(hù)線路老化失效
過充
過放
外部短路、外部擠壓和暴力碰撞
負(fù)極容量不足
當(dāng)正極部位對面的負(fù)極部位容量不足，或是根本沒有容量時，充電時所產(chǎn)生的部分或全部的鋰就無法插入負(fù)極石墨的間層結(jié)構(gòu)中，會析在負(fù)極的表面，形成突起狀“枝晶”，而下一次充電時，這個突起部分更容易造成鋰的析出，經(jīng)過幾十至上百次的循環(huán)充放電后，“枝晶”會長大，最后會刺穿隔膜紙，使內(nèi)部產(chǎn)生短路。電芯急劇放電，產(chǎn)生大量的熱，燒壞隔膜，而造成更大的短路現(xiàn)象，高溫會使電解液分解成氣體，負(fù)極碳和隔膜紙燃燒，造成內(nèi)部壓力過大，當(dāng)電芯的外殼無法承受這個壓力時，電芯就會爆炸。
水份含量過高
水份可以和電芯中的電解液反應(yīng)，生產(chǎn)氣體，充電時，可以和生成的鋰反應(yīng)，生成氧化鋰，使電芯的容量損失，易使電芯過充而生成氣體，水份的分解電壓較低，充電時很容易分解生成氣體，當(dāng)這一系列生成的氣體會使電芯的內(nèi)部壓力增大，當(dāng)電芯的外殼無法承受時，電芯就會爆炸。
根據(jù)中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟統(tǒng)計，截至2017年底，我國共有約44.6萬個充電樁，其中公共充電樁21.3萬個（其中交流充電樁8.6萬個、直流充電樁6.1萬個、交直流一體充電樁6.6萬個）。
激光焊時，熱量經(jīng)殼體傳導(dǎo)到正極耳上，使正極耳溫度高，如果上部膠紙沒有隔開正極耳及隔膜，熱的正極耳就會使隔膜紙燒壞或收縮，造成內(nèi)部短路，而形成爆炸。
高溫膠紙包住負(fù)極耳
客戶在負(fù)極耳點(diǎn)焊時，熱量傳導(dǎo)到負(fù)極耳上，如果高溫膠紙未貼好，負(fù)極耳上的熱量就會燒壞隔膜，造成內(nèi)部短路，形成爆炸。
貼底部膠未完全包住底部
客戶在底部鋁鎳復(fù)合帶處點(diǎn)焊時，會在底部殼壁產(chǎn)生大量的熱，傳導(dǎo)極芯的底部，如果高溫膠紙未完全包住隔膜，會燒壞隔膜，造成內(nèi)部短路，形成爆炸。
過充
電芯過充電時，正極的鋰過度放出會使正極的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而放出的鋰過多也容易無法插入負(fù)極中，也容易造成負(fù)極表面析鋰，而且，當(dāng)電壓達(dá)到4.5V以上時，電解液會分解生產(chǎn)大量的氣體。上面種種均可能造成爆炸。
外部短路
外部短路可能由于操作不當(dāng)，或誤使用所造成，由于外部短路，電池放電電流很大，會使電芯的發(fā)熱，高溫會使電芯內(nèi)部的隔膜收縮或完全壞壞，造成內(nèi)部短路，因而爆炸。
負(fù)極容量不足的工位
負(fù)極包不住正極
正負(fù)極分檔配對錯誤
負(fù)極壓片時壓死
負(fù)極顆粒
負(fù)極露箔
負(fù)極凹點(diǎn)
負(fù)極劃痕
負(fù)極暗痕
負(fù)極涂布不均
正極頭尾部堆料
正極涂布不均
正極敷料量偏大
正負(fù)極攪拌不均
負(fù)極來料容量偏低
正極來料容量偏高
負(fù)極容量不足
水份含量過多的工位
封口太慢而吸潮
陳化時吸潮
電解液水份含量過大
注液前烘烤未烘干或吸潮
組裝烘烤時未烘干
涂布時正負(fù)極未烘干
正極打膠配料時吸潮
正極烘烤不充分
水份含量過高
內(nèi)部短路的工位
貼底部膠未完全包住底部
高溫膠紙包住負(fù)極耳
上部膠位置不對
烘烤時溫度太高烘壞隔膜
激光焊短路電芯未檢出
組裝微短路電芯下流
組裝短路電芯未檢出
壓扁時壓力太大
隔膜紙有砂眼
卷繞不齊
負(fù)極鉚焊未拍平，有毛刺
正負(fù)極分小片毛刺
正負(fù)極分小片掉料
正負(fù)裁**毛刺
內(nèi)部短路
過充可能的工位
用戶使用時充電器電壓偏大
檢測時個別點(diǎn)電壓偏大
檢測時電流設(shè)置過大
電芯容量不足
預(yù)充柜個別點(diǎn)電流過大
預(yù)充時電流設(shè)置過大
過充
外部短路可能的工位
保護(hù)線路板失效
用戶在使用時正負(fù)極短路
電芯在周轉(zhuǎn)過程中打火
上電芯未對好，造成正負(fù)極接觸
外部短路
總結(jié)
所有相關(guān)工位必須加強(qiáng)控制。
安全性為各項(xiàng)性能中最重要的。
當(dāng)與其它要求沖突時，優(yōu)先滿足安全性。
目前，按市場份額計算，全國公共充電基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商主要有四家：特來電（9.8萬個）、國家電網(wǎng)（4.2萬）、星星充電（2.9萬）和普天（1.5萬），占全國市場份額的86%。
在大功率快充基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域，我國尚處于起步階段。2017年，特來電研發(fā)推出充電弓產(chǎn)品，為新能源公交車提供超快充服務(wù)。特來電智能柔性充電弓單車最大充電功率達(dá)450kW，雙槍快充方式達(dá)360kW，均為國內(nèi)最高功率技術(shù)。
該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)充電40秒鐘，電動公交續(xù)航10公里，充滿時間僅為8分鐘。目前該方案已在成都、上海等地運(yùn)行。另外，星星充電率先在2017年投入運(yùn)營360kW分體式大功率充電樁，2018年計劃發(fā)布500kW大功率充電樁，實(shí)現(xiàn)充電5分鐘，續(xù)航200公里。
就大功率快充領(lǐng)域的技術(shù)難點(diǎn)而言，主要有以下幾方面：
一是標(biāo)準(zhǔn)層面。超快充標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議制定是關(guān)鍵，超快充下的通訊協(xié)議和物理接口也需要重新定義。
二是研發(fā)層面。動力電池快速充放電影響機(jī)理和電網(wǎng)安全輸配電作用機(jī)制探索是基礎(chǔ)，由于快速充電具有電流較高、功率較大等特點(diǎn)，動力電池短時間的載荷較大，對電池的充放電使用過程造成一定影響，這在一定程度上降低了電池的安全性和使用壽命。同樣由于快速充電的技術(shù)特點(diǎn)，電網(wǎng)的輸配電負(fù)荷增加，對于電網(wǎng)的綜合承載能力提出很高要求。
三是產(chǎn)業(yè)化層面。超快充基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)化是最終體現(xiàn)，如何通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，實(shí)現(xiàn)超快充基礎(chǔ)設(shè)施的合理布局，構(gòu)建安全高效的充電網(wǎng)絡(luò)，是促進(jìn)我國電動汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的有效手段。
目前，我國在常規(guī)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度上持續(xù)保持全球領(lǐng)先。根據(jù)國際能源署發(fā)布的《全球電動汽車展望2018》，中國建有23.2萬座私人充電樁、13.0萬座公共慢充充電樁（占全球的41%）和8.3萬座公共快充充電樁（占全球的74%）。
在總體樁車比方面，荷蘭、德國、中國數(shù)量最多，分別達(dá)0.28、0.22和0.17。在快充樁車比方面，中國、日本較為突出，分別達(dá)到0.07和0.03。
但是在超快充充電基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，我國與歐美國家還有較大的差距，主要體現(xiàn)在三個方面。
一是超快充的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及通訊協(xié)議尚未制定。我國于2011年制定、2015年修訂的GB/T 18487系列和20234系列等國家標(biāo)準(zhǔn)還不完善，首先未涉及超快速充電技術(shù)條件，其次在支持其他快速充電標(biāo)準(zhǔn)上的兼容性不足，最后其仍為推薦性標(biāo)準(zhǔn)而非強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。目前，全球主流電動汽車快速充電標(biāo)準(zhǔn)有三個：日本CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)、歐美聯(lián)合充電系統(tǒng)（CCS）以及美國特斯拉超級充電樁標(biāo)準(zhǔn)（super charge），均面向200kW以上甚至350kW充電功率制定。
二是超快充條件下可靠性及安全性影響機(jī)理尚未探明。我國尚缺乏對大功率快速充電技術(shù)對電網(wǎng)的負(fù)載能力及穩(wěn)定性的影響以及對動力電池壽命及安全性影響的系統(tǒng)性研究，但在充電弓等技術(shù)路線的研發(fā)上已走在世界前列。國外已全面開展相關(guān)研究工作。
三是超快充產(chǎn)業(yè)化布局略顯滯后。我國雖然在交流慢充和直流快充基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上全球領(lǐng)先，但在超快充基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上處于落后地位，目前正在取得充電弓等領(lǐng)域的超前布局。歐美地區(qū)通過Ionity、Mega-E、NEXT-E等公司的商業(yè)化運(yùn)作，相繼發(fā)布超快充布局規(guī)劃，打造超快充充電網(wǎng)絡(luò)。
