鋰電池外殼特性

 

鋰，原子序數(shù)3，原子量6.941，是輕的堿金屬元素。為了提升安全性及電壓，科學(xué)家們發(fā)明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結(jié)構(gòu)，形成了納米等級的細(xì)小儲存格子，可用來儲存鋰原子。這樣一來，即使是電池外殼破裂，氧氣進入，也會因氧分子太大，進不了這些細(xì)小的儲存格，使得鋰原子不會與氧氣接觸而避免爆炸。

 

鋰離子電池的這種原理，使得 人們在獲得它高容量密度的同時，也達到安全的目的。 鋰離子電池充電時，正極的鋰原子會喪失電子，氧化為鋰離子。鋰離子經(jīng)由電解液游到負(fù)極去，進入負(fù) 極的儲存格，并獲得一個電子，還原為鋰原子。放電時，整個程序倒過來。為了防止電池的正負(fù)極直接碰觸 而短路，電池內(nèi)會再加上一種擁有眾多細(xì)孔的隔膜紙，來防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時， 自動關(guān)閉細(xì)孔，讓鋰離子無法穿越，以自廢武功，防止危險發(fā)生。

 

保護措施

 

鋰電池芯過充到電壓高于 4.2V 后，會開始產(chǎn)生副作用。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓 高于 4.2V 后， 正極材料內(nèi)剩下的鋰原子數(shù)量不到一半， 此時儲存格常會垮掉， 讓電池容量產(chǎn)生較永久性的下降。 如果繼續(xù)充電，由于負(fù)極的儲存格已經(jīng)裝滿了鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會堆積于負(fù)極材料表面。這些鋰原子會 由負(fù)極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結(jié)晶。這些鋰金屬結(jié)晶會穿過隔膜紙，使正負(fù)極短路。有時在短路 發(fā)生前電池就先爆炸，這是因為在過充過程，電解液等材料會裂解產(chǎn)生氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破 裂，讓氧氣進去與堆積在負(fù)極表面的鋰原子反應(yīng)，進而爆炸。因此，鋰電池充電時，要設(shè)定電壓上限， 才可以同時兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。理想的充電電壓上限為 4.2V。 鋰電芯放電時也要有電壓下限。 當(dāng)電芯電壓低于 2.4V 時， 部分材料會開始被破壞。 又由于電池會自放電， 放愈久電壓會愈低，因此，放電時好不要放到 2.4V 才停止。鋰電池從 3.0V 放電到 2.4V 這段期間，所釋放 的能量只占電池容量的 3%左右。因此，3.0V 是一個理想的放電截止電壓。 充放電時，除了電壓的限制，電流的限制也有其。電流過大時，鋰離子來不及進入儲存格，會聚集 于材料表面。這些鋰離子獲得電子后，會在材料表面產(chǎn)生鋰原子結(jié)晶，這與過充一樣，會造成危險性。萬一 電池外殼破裂，就會爆炸。 因此，對鋰離子電池的保護，至少要包含：充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項。一般鋰電 池組內(nèi)，除了鋰電池芯外，都會有一片保護板，這片保護板主要就是提供這三項保護。但是，保護板的這三 項保護顯然是不夠的，全球鋰電池爆炸事件還是頻傳。要確保電池系統(tǒng)的安全性，對電池爆炸的原因， 進行更仔細(xì)的分析。

 

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