要如何設(shè)計(jì)安全的鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-08 20:03
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手機(jī)、筆記本等所用的是鋰離子電池，所謂鋰離子電池就是靠鋰離子在正負(fù)極間的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電量供應(yīng)和釋放的裝置，它要求鋰離子在正負(fù)極間進(jìn)行穿梭運(yùn)動(dòng)時(shí)不能附加其它影響因素，即干凈地運(yùn)動(dòng)。從理論上來(lái)說(shuō)，這種設(shè)計(jì)是完全可以實(shí)現(xiàn)的，但在實(shí)踐過(guò)程中，由于鋰離子電池是敏感性極強(qiáng)的產(chǎn)品，任何一點(diǎn)異常的情況都可能導(dǎo)致電池出現(xiàn)問(wèn)題。
所有的鋰電池爆炸都是由短路引起的，引起短路的現(xiàn)象有過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、過(guò)熱，它們是通過(guò)鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)而形成電池短路的，所謂內(nèi)因決定外因的意思，鋰電池結(jié)構(gòu)本身是一個(gè)工藝制造過(guò)程，而工藝制造過(guò)程是難以100%避免瑕疵存在的。
鋰離子逗留的正負(fù)極應(yīng)該潔凈，穿梭其間的電解液、隔膜也應(yīng)無(wú)雜質(zhì)，但在制造過(guò)程中，電解液與隔膜難以完全避免沾著金屬粉塵、銅箔或者鋁箔等碎片。當(dāng)人們使用不當(dāng)(過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流)或者把鋰電池置于極端環(huán)境(過(guò)高溫度)下，鋰電池就會(huì)過(guò)熱，碎片在常溫下的安靜狀態(tài)被打破，從而會(huì)在一個(gè)較熱的電解液空間中進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)。下一步，如果碎片接近了隔膜，熱的碎片將影響隔膜的隔離作用，也就造成短路。
可見(jiàn)，短路是由于兩個(gè)原因引起的：一是電池體內(nèi)有雜質(zhì)，二是雜質(zhì)會(huì)運(yùn)動(dòng)，二者的中介是發(fā)熱，因此，短路必然有發(fā)熱伴隨，而發(fā)熱并不必然短路。第三步，短路會(huì)迸發(fā)火花，而電解液是易燃液體，火花在一個(gè)密閉的空間中就會(huì)引發(fā)電池的燃燒和爆炸，這一點(diǎn)很容易理解。因此，現(xiàn)在有一種聚合物鋰電池以膠體電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)，可以降低短路的概率。但也不能完全避免。
一旦電池發(fā)生短路，視電池結(jié)構(gòu)和溫度高低程度的不同，一般來(lái)說(shuō)，電池體會(huì)出現(xiàn)漏液、燃燒和爆炸三種情況，而燃燒引發(fā)的安全問(wèn)題最為嚴(yán)重。
鋰電池制造過(guò)程中，中段工藝主要是完成電池的成型，主要工藝流程包括制片、極片卷繞、模切、電芯卷繞成型和疊片成型等，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商競(jìng)爭(zhēng)比較激烈的一個(gè)領(lǐng)域，占鋰電池生產(chǎn)線價(jià)值量約30%。
目前動(dòng)力鋰電池的電芯制造工藝主要有卷繞和疊片兩種，對(duì)應(yīng)的電池結(jié)構(gòu)形式主要為圓柱與方形、軟包三種，圓柱和方形電池主要采用卷繞工藝生產(chǎn)，軟包電池則主要采用疊片工藝。圓柱主要以18650和26650為代表（Tesla單獨(dú)開(kāi)發(fā)了21700電池、正在全行業(yè)推廣），方形與軟包的區(qū)別在于外殼分別采用硬鋁殼和鋁塑膜兩種，其中軟包主要以疊片工藝為主，鋁殼則以卷繞工藝為主。
軟包結(jié)構(gòu)形式主要面向中高端數(shù)碼市場(chǎng)，單位產(chǎn)品的利潤(rùn)率較高，在同等產(chǎn)能條件下，相對(duì)利潤(rùn)高于鋁殼電池。由于鋁殼電池易形成規(guī)模效應(yīng)，產(chǎn)品合格率及成本易于控制，目前二者在各自市場(chǎng)領(lǐng)域均有可觀的利潤(rùn)，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，二者都很難被徹底取代。
由于卷繞工藝可以通過(guò)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電芯的高速生產(chǎn)，而疊片技術(shù)所能提高的速度有限，因此目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰電池主要采用卷繞工藝為主，因此卷繞機(jī)的出貨量目前大于疊片機(jī)。
