鋰是化學(xué)周期表上直徑最小也最活潑的金屬。體積小所以容量密度高，廣受消費者與工程師歡迎。但是，化學(xué)特性太活潑，則帶來了極高的危險性。鋰金屬暴露在空氣中時，會與氧氣產(chǎn)生激烈的氧化反應(yīng)而爆炸。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)，形成了奈米等級的細(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： 

鋰電池充電時，要設(shè)定電壓上限，最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，放電時最好不要放到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是一個理想的放電截止電壓。 

 

充放電時，電流的限制也是有必要的。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，必須對電池爆炸的原因，進行更仔細(xì)的分析。

 

二、電池爆炸原因:

1、 內(nèi)部極化較大；

2、極片吸水,與電解液發(fā)生反應(yīng)氣鼓；

3、電解液本身的質(zhì)量,性能問題；

4、注液時候注液量達不到工藝要求；

5、裝配制程中激光焊焊接密封性能差,漏氣.測漏氣漏測；

6、粉塵,極片粉塵首先易導(dǎo)致微短路,具體原因未知；

7、正負(fù)極片較工藝范圍偏厚，入殼難；

8、注液封口問題,鋼珠密封性能不好導(dǎo)致氣鼓；

9、殼體來料存在殼壁偏厚,殼體變形影響厚度；

 

三、爆炸類型分析

電池芯爆炸的類形可歸納為外部短路、內(nèi)部短路、過充三種。

 

外部是指電芯的外部，包含了電池組內(nèi)部絕緣設(shè)計不良等所引起的短路。 當(dāng)電芯外部發(fā)生短路，電子組件又未能切斷回路時，電芯內(nèi)部會產(chǎn)生高熱，造成部分電解液汽化，將電池外殼撐大。當(dāng)電池內(nèi)部溫度高到135攝氏度時，質(zhì)量好的隔膜紙，會將細(xì)孔關(guān)閉，電化學(xué)反應(yīng)終止或近乎終止，電流驟降，溫度也慢慢下降，進而避免了爆炸發(fā)生。但是，細(xì)孔關(guān)閉率太差，或是細(xì)孔根本不會關(guān)閉的隔膜紙，會讓電池溫度繼續(xù)升高，更多的電解液汽化，最后將電池外殼撐破，甚至將電池溫度提高到使材料燃燒并爆炸。

 

內(nèi)部短路主要是因為銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜，或是鋰原子的樹枝狀結(jié)晶穿破膈膜所造成。這些細(xì)小的針狀金屬，會造成微短路。由于，針很細(xì)有一定的電阻值，因此，電流不見得會很大。銅鋁箔毛刺系在生產(chǎn)過程造成，可觀察到的現(xiàn)象是電池漏電太快，多數(shù)可被電芯廠或是組裝廠篩檢出來。而且，由于毛刺細(xì)小，有時會被燒斷，使得電池又恢復(fù)正常。因此，因毛刺微短路引發(fā)爆炸的機率不高。這樣的說法，可以從各電芯廠內(nèi)部都常有充電后不久，電壓就偏低的不良電池，但是卻鮮少發(fā)生爆炸事件，得到統(tǒng)計上的支持。因此，內(nèi)部短路引發(fā)的爆炸，主要還是因為過充造成的。因為，過充后極片上到處都是針狀鋰金屬結(jié)晶，刺穿點到處都是，到處都在發(fā)生微短路。因此，電池溫度會逐漸升高，最后高溫將電解液氣體。這種情形，不論是溫度過高使材料燃燒爆炸，還是外殼先被撐破，使空氣進去與鋰金屬發(fā)生激烈氧化，都是爆炸收場。

 

但是過充引發(fā)內(nèi)部短路造成的這種爆炸，并不一定發(fā)生在充電的當(dāng)時。有可能電池溫度還未高到讓材料燃燒、產(chǎn)生的氣體也未足以撐破電池外殼時，消費者就終止充電，帶手機出門。這時眾多的微短路所產(chǎn)生的熱，慢慢的將電池溫度提高，經(jīng)過一段時間后，才發(fā)生爆炸。消費者共同的描述都是拿起手機時發(fā)現(xiàn)手機很燙，扔掉后就爆炸。綜合以上爆炸的類型，我們可以將防爆重點放在過充的防止、外部短路的防止、及提升電芯安全性三方面。其中過充防止及外部短路防止屬于電子防護，與電池系統(tǒng)設(shè)計及電池組裝有較大關(guān)系。電芯安全性提升之重點為化學(xué)與機械防護，與電池芯制造廠有較大關(guān)系。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。

 

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。

 

上部膠

 

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。