你知道鋰離子電池的爆炸是因何而起嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-08 19:57
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鋰離子電池由電芯、保護(hù)電路和外殼組成。而電芯是指單個(gè)含有正負(fù)極的電化學(xué)電芯，隔膜置于正負(fù)極之間避免發(fā)生短路。充電時(shí)，充電器中的電流將正極中的鋰離子驅(qū)趕到電解液中，鋰離子經(jīng)過(guò)電解液“游”到負(fù)極空隙儲(chǔ)存電能變成了鋰原子，放電則相反。鋰離子電池實(shí)質(zhì)是通過(guò)鋰離子在正負(fù)極之間往返運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電池的充放電的，故又叫“搖擺電池”。
搖擺，就意味著有一定意義上的不穩(wěn)定性，鋰離子電池爆炸的新聞就是其不穩(wěn)定性的體現(xiàn)之一。爆炸的原因主要有以下幾個(gè)：
第一是負(fù)極容量不足，即負(fù)極結(jié)構(gòu)中不能容納多余的鋰。這時(shí)，多余的鋰就只能附著在負(fù)極表面形成“鋰枝晶”，隨著充放電的進(jìn)行，“鋰枝晶”不斷長(zhǎng)大最后刺破隔膜導(dǎo)致短路產(chǎn)生大量的熱引發(fā)爆炸，高溫也會(huì)使電解液分解產(chǎn)生大量氣體，當(dāng)外殼不能承受這些氣體帶來(lái)的壓力時(shí)，也會(huì)發(fā)生爆炸或起火。
第二是水含量過(guò)高。金屬鋰化學(xué)性質(zhì)活潑，與水劇烈反應(yīng)生成氧化鋰，氧化鋰中的鋰不能釋放導(dǎo)致電芯容量減少，電芯過(guò)充產(chǎn)生氣體，氣壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致爆炸。
第三是短路。若是由于電芯內(nèi)部短路或保護(hù)線路老化失效，則會(huì)造成電芯大電流放電，產(chǎn)生大量的熱，除了燒壞隔膜造成更大的短路，高溫還會(huì)使電解液發(fā)生分解產(chǎn)生大量氣體，引發(fā)安全隱患。若是外部短路一樣會(huì)造成內(nèi)部短路從而引發(fā)爆炸。
第四是過(guò)充。當(dāng)鋰離子過(guò)度放出無(wú)法嵌入到負(fù)極中，會(huì)造成“鋰枝晶”引發(fā)爆炸。并且，過(guò)充可能導(dǎo)致電壓升高，當(dāng)電壓高于4.5 V時(shí)，電解液發(fā)生分解進(jìn)而引發(fā)爆炸。當(dāng)然，一般合格電池都會(huì)安裝過(guò)流保護(hù)電路，當(dāng)電池達(dá)到滿電狀態(tài)時(shí)，過(guò)流保護(hù)電路會(huì)“偵測(cè)”到危險(xiǎn)，自動(dòng)切斷充電回路，停止輸入電流，能避免手機(jī)電池過(guò)充而發(fā)生危險(xiǎn)。但當(dāng)未安裝過(guò)流保護(hù)線路或過(guò)流保護(hù)電路失效時(shí)，就會(huì)過(guò)充導(dǎo)致爆炸燃燒。
第五是暴力碰撞和外部擠壓。當(dāng)鋰離子電池受到外部強(qiáng)作用力時(shí)，可能會(huì)發(fā)生形變?cè)斐啥搪窂亩l(fā)爆炸起火，這也是為什么鋰離子電池不能托運(yùn)的原因。
鋰電芯放電時(shí)也要有電壓下限。當(dāng)電芯電壓低于2.4V時(shí)，部分材料會(huì)開始被破壞。又由于電池會(huì)自放電，放愈久電壓會(huì)愈低，因此，放電時(shí)最好不要放到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(gè)理想的放電截止電壓。
充放電時(shí)，除了電壓的限制，電流的限制也有其必要。電流過(guò)大時(shí)，鋰離子來(lái)不及進(jìn)入儲(chǔ)存格，會(huì)聚集于材料表面。這些鋰離子獲得電子后，會(huì)在材料表面產(chǎn)生鋰原子結(jié)晶，這與過(guò)充一樣，會(huì)造成危險(xiǎn)性。萬(wàn)一電池外殼破裂，就會(huì)爆炸。
因此，對(duì)鋰離子電池的保護(hù)，至少要包含：充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項(xiàng)。一般鋰電池組內(nèi)，除了鋰電池芯外，都會(huì)有一片保護(hù)板，這片保護(hù)板主要就是提供這三項(xiàng)保護(hù)。但是，保護(hù)板的這三項(xiàng)保護(hù)顯然是不夠的，全球鋰電池爆炸事件還是頻傳。
