鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：237次 | 2024年01月11日
你不可不知的鋰離子電池安全知識(shí)!
鋰電池作是未來(lái)新能源發(fā)展的方向之一，目前以手機(jī)為代表的各類消費(fèi)電子、移動(dòng)電源、新能源汽車都采用了鋰電池裝置。因此，鋰電池安全問(wèn)題是消費(fèi)者最關(guān)注的問(wèn)題之一。
在鋰離子電池中，帶有最大的危險(xiǎn)的不是兩個(gè)電極，而是中間的有機(jī)電解質(zhì)溶劑，以易燃的醚類最多。當(dāng)電池因?yàn)槿魏卧蚨搪窌r(shí)，電池內(nèi)能量會(huì)在短時(shí)間以熱的形式釋放出來(lái)，點(diǎn)燃這些做為溶劑的醚類，引發(fā)爆炸。
鋰電池結(jié)構(gòu)圖
那么哪些原因會(huì)引發(fā)鋰電池爆炸呢？鋰電池爆炸主要有以下六大原因，這些原因與鋰電池的生產(chǎn)過(guò)程、電極材料及電解液等用材、以及個(gè)人使用方法都有著緊密的聯(lián)系。
以下是引起鋰電池爆炸的六大原因：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
一、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(huì)使電芯的發(fā)熱，高溫會(huì)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。外部短路可能的工位：
1、上電芯未對(duì)好，造成正負(fù)極接觸；
2、電芯在周轉(zhuǎn)過(guò)程中打火；
3、用戶在使用時(shí)正負(fù)極短路；
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
4、保護(hù)線路板失效。
二、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(huì)產(chǎn)生高溫，使電解液分解成氣體，造成內(nèi)部壓力過(guò)大，當(dāng)電芯的外殼無(wú)法承受這個(gè)壓力時(shí)，電芯就會(huì)爆炸。內(nèi)部短路的工位：
1、正負(fù)裁大片毛刺；
2、正負(fù)極分小片掉料；
3、正負(fù)極分小片毛刺；
4、負(fù)極鉚焊未拍平，有毛刺；
5、卷繞不齊；
6、隔膜紙有砂眼；
7、壓扁時(shí)壓力太大；
8、組裝短路電芯未檢出；
9、組裝微短路電芯下流；
10、激光焊短路電芯未檢出；
11、烘烤時(shí)溫度太高烘壞隔膜；
12、上部膠位置不對(duì)；
13、高溫膠紙包住負(fù)極耳；
14、貼底部膠未完全包住底部。
三、過(guò)充
電芯過(guò)充電時(shí)，正極的鋰過(guò)度放出會(huì)使正極的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而放出的鋰過(guò)多也容易無(wú)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(dá)到4.5V以上時(shí)，電解液會(huì)分解生產(chǎn)大量的氣體。上面種種均可能造成爆炸。過(guò)充可能的工位：
1、預(yù)充時(shí)電流設(shè)置過(guò)大；
2、預(yù)充柜個(gè)別點(diǎn)電流過(guò)大；
3、電芯容量不足；
4、檢測(cè)時(shí)電流設(shè)置過(guò)大；
5、檢測(cè)時(shí)個(gè)別點(diǎn)電壓偏大；
6、用戶使用時(shí)充電器電壓偏大。
四、過(guò)放
五、水份含量過(guò)高
水份可以和電芯中的電解液反應(yīng)，生產(chǎn)氣體，充電時(shí)，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(guò)充而生成氣體，水份的分解電壓較低，充電時(shí)很容易分解生成氣體，當(dāng)這一系列生成的氣體會(huì)使電芯的內(nèi)部壓力增大，當(dāng)電芯的外殼無(wú)法承受時(shí)，電芯就會(huì)爆炸。
六、負(fù)極容量不足
當(dāng)正極部位對(duì)面的負(fù)極部位容量不足，或是根本沒(méi)有容量時(shí)，充電時(shí)所產(chǎn)生的部分或全部的鋰就無(wú)法插入負(fù)極石墨的間層結(jié)構(gòu)中，會(huì)析在負(fù)極的表面，形成突起狀“枝晶”，而下一次充電時(shí)，這個(gè)突起部分更容易造成鋰的析出，經(jīng)過(guò)幾十至上百次的循環(huán)充放電后，“枝晶”會(huì)長(zhǎng)大，最后會(huì)刺穿隔膜紙，使內(nèi)部產(chǎn)生短路。負(fù)極容量不足的工位：
1、正極來(lái)料容量偏高；
2、負(fù)極來(lái)料容量偏低；
3、正負(fù)極攪拌不均；
4、正極敷料量偏大；
5、正極涂布不均；
6、正極頭尾部堆料；
7、負(fù)極涂布不均；
9、負(fù)極暗痕；
10、負(fù)極劃痕；
11、負(fù)極凹點(diǎn)；
12、負(fù)極露箔；
13、負(fù)極顆粒；
14、負(fù)極壓片時(shí)壓死；
15、正負(fù)極分檔配對(duì)錯(cuò)誤；
16、負(fù)極包不住正極；
如何使鋰離子電池更安全？
為了避免鋰離子電池過(guò)熱，甚至爆炸，除了確保安全的生產(chǎn)環(huán)境和工藝外，鋰電池的安全設(shè)計(jì)、鋰電池的材料安全以及鋰電池的使用細(xì)節(jié)也是確保鋰電池安全的關(guān)鍵因素。
1.安全設(shè)計(jì)
①鋰電池內(nèi)部采用開關(guān)原件。在電池內(nèi)部溫度上升時(shí)，阻值隨之上升，溫度過(guò)高后停止放電，防止過(guò)度放電的情況。
②設(shè)置電池出氣孔。在電池內(nèi)壓上升到一定程度后出氣孔自動(dòng)打開，保持內(nèi)壓的平衡，防止電池炸裂的情況出現(xiàn)。
2、材料安全
①優(yōu)化電解質(zhì)體系。目前電解液主要為有機(jī)溶劑，難以承受4.5伏以上的高電壓，容易分解產(chǎn)生氣體，造成電池氣脹、破裂或爆炸。同時(shí)，充電狀態(tài)下的正負(fù)極材料本身也很活潑，如鈷酸鋰之類的正極材料在過(guò)充電或受熱狀態(tài)下容易發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌，并產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)，而含有機(jī)溶劑的鋰化石墨負(fù)極在接觸空氣時(shí)也容易燃燒。
極性有機(jī)溶劑電解液難以保障動(dòng)力鋰離子電池的安全性，而現(xiàn)有的離子液體要么電化學(xué)窗口不夠?qū)挘聪鄬?duì)分子質(zhì)量和黏度太大，尚不能完全替代有機(jī)溶劑。因此，發(fā)展低溶劑或無(wú)溶劑的聚合物電解質(zhì)、無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合電解質(zhì)或無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)是提高電池安全性的根本舉措。
②提高負(fù)極嵌鋰電位
目前使用的鋰離子電池主要以石墨基材料作為負(fù)極，其嵌鋰電位接近金屬鋰的析出電位，在快速充電時(shí)容易造成金屬鋰析出，常以鋰枝晶或鋰粉末狀態(tài)存在，前者會(huì)使電池內(nèi)短路，后者會(huì)加速電解液分解或與空氣接觸發(fā)生燃燒。提高負(fù)極的嵌鋰電位能有效改善電池的安全性和循環(huán)使用壽命。
與石墨基負(fù)極材料相比，能提高電極電位的材料有硬碳、硅、錫、鈦酸鋰等。
③選擇適當(dāng)材質(zhì)的正負(fù)極隔板材質(zhì)
在溫度上升一定程度后，正負(fù)極隔板材料自動(dòng)溶解，防止鋰離子通過(guò)，停止內(nèi)部的充放電反應(yīng)。
④選用合格的膠黏劑
粘結(jié)劑不合格，產(chǎn)生掉粉，形成毛刺造成隔膜穿刺，內(nèi)部短路，最后導(dǎo)致鋰電池爆炸。
3、使用細(xì)節(jié)：
正規(guī)的鋰電池品牌已經(jīng)擁有十分成熟商業(yè)技術(shù)，足以保證電池在一般情況下使用的安全性，并進(jìn)行過(guò)實(shí)際測(cè)試，所以只要我們善于使用我們的電池，并不會(huì)對(duì)我們產(chǎn)生太大的安全隱患。以下是安全使用鋰電池的一些建議：
①不宜頻繁深度充放電。深度充放電次數(shù)在其他環(huán)境情況恒定的情況下和電池壽命是成正比的，多次充放電會(huì)導(dǎo)致電池壽命過(guò)早結(jié)束。而長(zhǎng)時(shí)間使用壽命結(jié)束的鋰電池則極易造成電池鼓脹等情況，從而引發(fā)爆炸。
②充電過(guò)程中不宜過(guò)充或過(guò)放。我們經(jīng)常喜歡在設(shè)備的電量充滿后再充一會(huì)兒電，讓自己的設(shè)備能抗的時(shí)間更長(zhǎng)一些。長(zhǎng)期的過(guò)充和過(guò)放情況都會(huì)對(duì)鋰電池性能產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷和破壞，嚴(yán)重的就會(huì)引發(fā)爆炸等極端情況，所以電池的電充滿了就好。
③使用原裝充電器。充電時(shí)間是鋰電池爆炸事件的高發(fā)期。原裝充電器比兼容充電器更能保證電池安全。
④使用可靠的電池。盡量購(gòu)買原裝電池或市面知名品牌電池，不要為省錢而購(gòu)買“二手貨”或“水貨”，這類電池可能經(jīng)過(guò)維修，不如原裝電池可靠。
⑤不要將電池置于極端環(huán)境。高溫、碰撞等都是電池爆炸的重要誘因，盡量讓電池處在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境中，遠(yuǎn)離高溫的地方。
⑥不要嘗試改裝電池。手機(jī)是一種精密的通訊設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)，廠商會(huì)對(duì)其安全性進(jìn)行嚴(yán)格的考證。改裝后，電池可能處在之前未被考慮到的環(huán)境，增加了安全隱患。
