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锂电池电芯爆炸的原因..

锂电池电芯爆炸的原因有些?
2019-02-19

电池芯爆炸的类形可归纳为外部短路¶••⊿内部短路及过充三种••。此处的外部系指电芯的外部,包含了电池

组内部绝缘设计不良等所引起的短路••。

锂是化学周期表上直径最小也最生动的金属••。体积小所以容量密度高,广受消费者与工程师欢迎••。但是

,化学特征太生动,则带来了极高的危险性••。锂金属裸露在空气中时,会与氧气产生激烈的氧化反响而

爆炸••。为了提升安全性及电压,科学家们创造了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子••。这些材料的分子

结构,形成了奈米等级的渺小储存格子,可用来储存锂原子••。这样一来,即使是电池外壳决裂,氧气进

入,也会因氧分子太大,进不了这些渺小的储存格,使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸••。锂离子电

池的这种原理,使得人们在获得它高容量密度的同时,也达到安全的目标••。

锂离子电池充电时,正极的锂原子会丧失电子,氧化为锂离子••。锂离子经由电解液游到负极去,进入负

极的储存格,并获得一个电子,还原为锂原子••。放电时,全部程序倒过来••。为了防止电池的正负极直接

碰触而短路,电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸,来防止短路••。好的隔膜纸还可以在电池温度

过高时,主动关闭细孔,让锂离子无法穿越,以自废武功,防止危险产生••。

掩护措施

锂电池芯过充到电压高于4.2V后,会开端产生副作用••。过充电压愈高,危险性也跟着愈高••。锂电芯电压

高于4.2V后,正极材料内剩下的锂原子数量不到一半,此时储存格常会垮掉,让电池容量产生永久性的

降落••。如果持续充电,由于负极的储存格已经装满了锂原子,后续的锂金属会堆积于负极材料表面••。这

些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶••。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸,使正负极短

路••。有时在短路产生前电池就先爆炸,这是因为在过充过程,电解液等材料会裂解产赌气体,使得电池

外壳或压力阀鼓涨决裂,让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反响,进而爆炸••。因此,锂电池充电时

,必定要设定电压上限,才可以同时兼顾到电池的寿命¶••⊿容量¶••⊿和安全性••。最理想的充电电压上限为

4••。2V••。

锂电芯放电时也要有电压下限••。当电芯电压低于2.4V时,部分材料会开端被损坏••。又由于电池会自放电

,放愈久电压会愈低,因此,放电时最好不要放到2.4V才结束••。锂电池从3.0V放电到2.4V这段期间,所

释放的能量只占电池容量的3%左右••。因此,3••。0V是一个理想的放电截止电压••。

充放电时,除了电压的限制,电流的限制也有其必要••。电流过大时,锂离子来不及进入储存格,会凑集

于材料表面••。这些锂离子获得电子后,会在材料表面产生锂原子结晶,这与过充一样,会造成危险性••。

万一电池外壳决裂,就会爆炸••。

因此,对锂离子电池的掩护,至少要包含:充电电压上限¶••⊿放电电压下限¶••⊿及电流上限三项••。一般锂电

池组内,除了锂电池芯外,都会有一片掩护板,这片掩护板重要就是供给这三项掩护••。但是,掩护板的

这三项掩护显然是不够的,全球锂电池爆炸事件还是频传••。要确保电池系统的安全性,必须对电池爆炸

的原因,进行更仔细的分析••。

电池爆炸原因

1¶••⊿内部极化较大!

2¶••⊿极片吸水,与电解液产生反响气鼓••。

3¶••⊿电解液本身的质量,性能问题••。

4¶••⊿注液时候注液量达不到工艺请求••。

5¶••⊿装配制程中激光焊焊接密封性能差,漏气¶••⊿测漏气漏测••。

6¶••⊿粉尘,极片粉尘首先易导致微短路,具体原因未知••。

7¶••⊿正负极片较工艺领域偏厚,入壳难••。

8¶••⊿注液封口问题,钢珠密封性能不好导致气鼓••。

9¶••⊿壳体来料存在壳壁偏厚,壳体变形影响厚度••。

爆炸类型分析

电池芯爆炸的类形可归纳为外部短路¶••⊿内部短路及过充三种••。此处的外部系指电芯的外部,包含了电池

组内部绝缘设计不良等所引起的短路••。

当电芯外部产生短路,电子组件又未能切断回路时,电芯内部会产生高热,造成部分电解液汽化,将电

池外壳撑大••。当电池内部温度高到135摄氏度时,质量好的隔膜纸,会将细孔关闭,电化学反响终止或近

乎终止,电流骤降,温度也慢慢降落,进而避免了爆炸产生••。但是,细孔关闭率太差,或是细孔根本不

会关闭的隔膜纸,会让电池温度持续升高,更多的电解液汽化,最后将电池外壳撑破,甚至将电池温度

进步到使材料燃烧并爆炸••。

内部短路重要是因为铜箔与铝箔的毛刺穿破隔膜,或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所造成••。这些渺小

的针状金属,会造成微短路••。由于,针很细有必定的电阻值,因此,电流不见得会很大••。铜铝箔毛刺系

在生产过程造成,可视察到的现象是电池漏电太快,多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来••。而且,由于

毛刺渺小,有时会被烧断,使得电池又恢复正常••。因此,因毛刺微短路引发爆炸的机率不高••。

这样的说法,可以从各电芯厂内部都常有充电后不久,电压就偏低的不良电池,但是却鲜少产生爆炸事

件,得到统计上的支撑••。因此,内部短路引发的爆炸,重要还是因为过充造成的••。因为,过充后极片上

到处都是针状锂金属结晶,刺穿点到处都是,到处都在产生微短路••。因此,电池温度会逐渐升高,最后

高温将电解液气体••。这种情况,不论是温度过高使材料燃烧爆炸,还是外壳先被撑破



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