鋰電池為什么會爆炸，如何防止鋰電池爆炸?
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-02 11:30
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Causes of lithium battery explosion: insufficient negative capacity, excessive moisture content, internal short circuit, aging failure of protection lines, overcharge, overdischarge, external short circuit, external extrusion and violent collision.
1. Internal Short Circuit
Because of the short-circuit phenomenon inside, the large current discharge of the core produces a lot of heat, burns the diaphragm, and causes a larger short-circuit phenomenon, so that the core will produce high temperature, decompose the electrolyte into gas, resulting in excessive internal pressure, when the outer shell of the core can not withstand this pressure, the core will explode.
In laser welding, heat is transmitted to the positive ear through the shell, which makes the temperature of the positive ear high. If the upper glue paper does not separate the positive ear and the diaphragm, the hot positive ear will burn or shrink the diaphragm paper, resulting in internal short circuit and explosion.
2. High temperature adhesive wrapped negative ear
When customers spot welding the negative ear, the heat is transmitted to the negative ear. If the high temperature adhesive paper is not affixed properly, the heat on the negative ear will burn the diaphragm, resulting in internal short circuit and explosion.
3. The bottom glue does not completely cover the bottom.
When customers spot-weld at the bottom of the Al-Ni composite strip, a lot of heat will be generated on the bottom shell wall. If the high-temperature adhesive paper does not completely cover the diaphragm, it will burn the diaphragm, cause internal short circuit and explosion.
4. Excessive moisture content
Water can react with the electrolyte in the core to produce gas. When charging, it can react with the lithium produced to produce lithium oxide, which can cause the capacity loss of the core and easily make the core overcharged to produce gas. The decomposition voltage of water is low, and it is easy to decompose into gas when charging. When these gases are generated, the internal pressure of the core will increase, and when the shell of the core is unbearable. At that time, the core will explode.
5. Insufficient negative capacity
When the capacity of the negative part opposite the positive part is insufficient or there is no capacity at all, some or all of the lithium batteries generated during charging can not be inserted into the interlayer structure of the negative graphite, which will precipitate on the surface of the negative electrode and form a protuberant "dendrite". The protuberant part is more likely to cause lithium precipitation during the next charge, and through dozens to hundreds of cycles of charging and discharging. After that, "dendrite" will grow up, and eventually pierce the diaphragm paper, resulting in internal short circuit. When the shell of the core cannot withstand this pressure, the core will explode.
6. Long-term overcharge of core
Core long-term overcharge: long-term charging state, overcharge, overcurrent will also lead to high temperature and high voltage, hidden dangers. Lithium batteries may discharge instantaneously under special conditions such as temperature, humidity and poor contact, resulting in a large amount of current, spontaneous combustion or explosion.
7. External Short Circuit
The external short circuit may be caused by improper operation or misuse. Because of the external short circuit, the discharge current of the battery is very large, which will heat the core. High temperature will shrink or completely damage the inner diaphragm of the core, resulting in internal short circuit and explosion.
8. Thermal runaway
The danger of explosion of lithium batteries is due to a process called "thermal runaway" in the reactions inside the batteries. "Thermal runaway" is a process of positive energy feedback: rising temperature will cause the system to heat up, and the system will heat up, which in turn makes the system hotter. Excessive ambient temperature, often overcharged, will cause lithium-ion batteries thermal runaway, and eventually may cause fire or explosion.
How to prevent the explosion of lithium batteries
(1) Solid-state lithium batteries are developed by using solid-state electrolytes, but the cost is high. In addition, there is the use of new energy supply methods, such as the use of human kinetic energy to provide energy for electronic equipment, which is still in the laboratory stage.
Another direct solution is to add flame retardants to existing electrolytes. However, in order to achieve flame retardancy, it is necessary to add a large number of flame retardants in the electrolyte, which will correspondingly reduce the ionic conductivity of the electrolyte, significantly affecting the electrochemical performance and energy density of lithium batteries.
(3) Researchers have manufactured a new type of "intelligent" electrospinning separator, which has a heat triggering mechanism and contains flame retardants, and can be used to prevent lithium-ion batteries from burning. In this structure, the flame retardant is packaged inside the polymer protective shell to prevent the flame retardant from dissolving directly into the electrolyte, which has a negative impact on the battery performance. When the heat inside the lithium battery is too high, the polymer protective shell will dissolve due to high temperature, releasing flame retardant, thus effectively inhibiting the combustion of highly flammable electrolyte.
Summary: All enterprises must strengthen control, security is the most important performance. When conflicting with other requirements, priority should be given to security. But you can rest assured that with the progress of material technology and the deepening of people's understanding of lithium-ion battery design, manufacturing, testing and use requirements, future lithium-ion batteries will become safer.鋰電池爆炸的原因類別：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。
1、內(nèi)部短路
由于內(nèi)部產(chǎn)生短路現(xiàn)象，電芯大電流放電，產(chǎn)生大量的熱，燒壞隔膜，而造成更大的短路現(xiàn)象，這樣電芯就會產(chǎn)生高溫，使電解液分解成氣體，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。
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。
2、高溫膠紙包住負(fù)極耳
客戶在負(fù)極耳點焊時，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。
3、貼底部膠未完全包住底部
客戶在底部鋁鎳復(fù)合帶處點焊時，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。
4、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。
5、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電池就無法插入負(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。當(dāng)電芯的外殼無法承受這個壓力時，電芯就會爆炸。
6、電芯長期過充
電芯長期過充：長時間充電狀態(tài)下，過充、過電流也會導(dǎo)致高溫高壓，發(fā)生隱患。鋰電池在特殊溫度、濕度及接觸不良等狀況下可能瞬間放電而產(chǎn)生大量的電流，發(fā)生自燃或爆炸情況。
7、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。
8、熱失控
鋰電池之所以會有爆炸的危險，是由于在電池內(nèi)部的反應(yīng)中一個叫“熱失控”的過程。“熱失控”是一個能量正反饋循環(huán)過程：升高的溫度會導(dǎo)致系統(tǒng)變熱，系統(tǒng)變熱升高溫度，這反過來又讓系統(tǒng)變得更熱。環(huán)境溫度過高，經(jīng)常過充，都會引起鋰離子電池出現(xiàn)熱失控，最終可能產(chǎn)生起火或者爆炸。
如何防止鋰電池爆炸呢
①使用固態(tài)電解質(zhì)，開發(fā)固態(tài)鋰電池，但是其成本較高。此外，還有就是使用新的能量供給方式，例如利用人體動能給電子設(shè)備提供能量，目前這個方案還處于實驗室階段。
②另外一個很直接的方案就是在現(xiàn)有的電解液中增加阻燃劑。但是，為了完成阻燃性，就需要在電解液中添加大量的阻燃劑，這樣會相應(yīng)地降低電解液的離子導(dǎo)電性，顯著影響鋰電池的電化學(xué)性能和能量密度。
③研究人員，制造了一種新型“智能”靜電紡絲分離器，它具有熱量觸發(fā)機(jī)制，內(nèi)部含有阻燃劑，可用于防止鋰離子電池燃燒。在這種結(jié)構(gòu)中，阻燃劑包裝在聚合物保護(hù)殼的內(nèi)部，以防阻燃劑直接溶解到電解液中，從而給電池性能造成負(fù)面影響。當(dāng)鋰電池內(nèi)部的熱量過高時，聚合物保護(hù)殼會因為高溫而發(fā)生溶解，釋放出阻燃劑，從而有效抑制高度易燃的電解液發(fā)生燃燒。
總結(jié)：所有企業(yè)必須加強(qiáng)控制，安全性為各項性能中最重要的。當(dāng)與其它要求沖突時，優(yōu)先滿足安全性，這是首當(dāng)其沖的。但是大家放心，隨著材料技術(shù)的進(jìn)步和人們對鋰電池設(shè)計、制造、檢測和使用諸方面要求的認(rèn)識不斷加深，未來的鋰離子電池會變得更安全。リチウム電池の爆発の原因類別：負(fù)極容量が足りなくて、水分量が高すぎて、內(nèi)部短絡(luò)、保護(hù)線の老化が失効して、過充電、外部短絡(luò)、外部の圧迫と暴力が衝突します。
1、內(nèi)部短絡(luò)
內(nèi)部に短絡(luò)現(xiàn)象が発生して、電気芯の大電流が放電され、大量の熱が発生して、斷熱膜を焼き壊して、より大きな短絡(luò)現(xiàn)象を引き起こします。そうすると、電気芯は高溫になり、電解液を気體に分解し、內(nèi)部圧力が大きすぎて、電気芯の外殻がこの圧力に耐えられない時、電気芯が爆発します。
レーザー溶接の時、熱はシェルを通じて正極耳に伝わり、正極耳溫度を高くします。もし上部のセロテープが正極耳と隔壁を隔てていないなら、熱の正極耳は隔膜紙を焼いたり収縮したりして、內(nèi)部短絡(luò)を引き起こし、爆発を起こします。
2、高溫テープでマイナス耳を包む
お客様が負(fù)極耳點溶接の時、熱はマイナス耳に伝わります。もし高溫のテープが貼られていないなら、負(fù)極耳の熱は防膜を焼き、內(nèi)部短絡(luò)を引き起こし、爆発を起こします。
3、底のゴムを貼り付けて、底の部分を完全に包んでいません。
お客様は底のアルミニウムニッケル複合バンドに溶接する時、底の殻壁に大量の熱が発生し、伝導(dǎo)極芯の底部に高溫のテープが完全に遮膜を包まないと、隔膜を焼いて、內(nèi)部短絡(luò)を引き起こし、爆発を形成します。
4、水分量が高すぎる
水の成分は電気芯の中の電解液と反応して、ガスを生産し、充電する時、生成したリチウムと反応して、酸化リチウムを生成し、電気芯の容量を損失させ、電気芯を過充電してガスを生成しやすく、水分の分解電圧が低く、充電する時に分解しやすくなります。この一連のガスは電気芯の內(nèi)部圧力を増大させます。電気芯は爆発する。
5、負(fù)極容量が足りない
正極部の反対側(cè)の負(fù)極部の容量が足りない場合、または全く容量がない場合、充電時に発生した部分または全部のリチウム電池は負(fù)極グラファイトの中間層構(gòu)造に挿入できなくなり、負(fù)極の表面に解析され、突起狀の「枝晶」を形成し、次の充電時にこの突起部はリチウムの析出をもたらしやすくなり、數(shù)十回以上の循環(huán)充電を経て放電する?！钢А工洗螭胜辍⒄献蛹垽蛲护皮盲苾?nèi)部に短絡(luò)を生じる。この圧力に耐えられないとコアが爆発する。
6、電気芯の長期過充電
電気芯は長期にわたり過充電します。長時間充電した狀態(tài)で、過充電、過電流も高溫高圧を引き起こし、隠れた危険が発生します。リチウム電池は、特殊溫度、濕度及び接觸不良などの狀況下で、瞬間放電によって大量の電流が発生し、自然発火や爆発が発生する可能性があります。
7、外部短絡(luò)
外部短絡(luò)は操作が不適切なため、または誤って使用したため、外部短絡(luò)により、電池の放電電流が大きく、電気芯の発熱を引き起こし、高溫で電気芯內(nèi)部の隔膜が収縮したり、完全に壊れたりして、內(nèi)部短絡(luò)を引き起こし、爆発します。
8、熱暴走
リチウム電池が爆発する危険性があるのは、電池內(nèi)部の反応の中で「熱暴走」という過程があるからです?！笩岜┳摺工膝ē庭毳`正フィードバックサイクル過程である。上昇した溫度はシステムが熱くなり、システムが熱を上げて溫度を上げる。これは逆にシステムをより熱くする。環(huán)境溫度が高すぎて、充電が頻繁に行われています。リチウムイオン電池の熱暴走を引き起こし、最終的には発火や爆発を起こす可能性があります。
リチウム電池の爆発を防ぐにはどうすればいいですか？
①固體電解質(zhì)を使って固體リチウム電池を開発したが、そのコストは高い。また、人體運(yùn)動エネルギーを利用して電子機(jī)器にエネルギーを供給する新しいエネルギー供給方式もあり、現(xiàn)在は実験室の段階にあります。
②もう一つの直接的な方法は、既存の電解液に難燃剤を追加することです。しかし、難燃性を達(dá)成するためには、電解液に多くの難燃剤を添加する必要があり、これに応じて電解液のイオン伝導(dǎo)率を低下させ、リチウム電池の電気化學(xué)性能とエネルギー密度に著しく影響を及ぼす。
③研究者は、リチウムイオン電池の燃焼を防ぐために、熱トリガ機(jī)構(gòu)を有する新型の「スマート」靜電紡糸分離器を製造した。この構(gòu)造では、難燃剤は高分子保護(hù)ケースの內(nèi)部に包裝され、難燃剤が電解液に直接溶解し、電池の性能に悪影響を與える。リチウム電池內(nèi)部の熱量が高すぎると、高分子保護(hù)ケースは高溫で溶解し、難燃剤を放出し、高燃性の電解液の燃焼を効果的に抑制する。
総括：すべての企業(yè)はコントロールを強(qiáng)化しなければならなくて、安全性は各性能の中で最も重要です。他の要求と衝突した場合、安全性を優(yōu)先的に満たすことが第一です。しかし、材料技術(shù)の進(jìn)歩と、リチウム電池の設(shè)計、製造、検査、使用についての諸方面の要求の認(rèn)識が深まりつつありますので、安心してください。將來のリチウムイオン電池はもっと安全になります。
