鉅大LARGE | 點擊量:1141次 | 2020年02月17日
鋰電池的工作原理是什么?影響鋰電池安全的因素有哪些?
鋰是一種特別容易發(fā)生反應的金屬,外觀呈銀白色,非常柔軟、可伸展,且易燃。金屬鋰屬于遇水釋放易燃氣體的物質(zhì)。
B鋰電池芯或鋰電池屬于第9類危險品,其危險性取決于所含的鋰。
①鋰電池高度易燃;
②短路、過度充電、極限溫度、錯誤操作或其他錯誤情況下都能著火;
③不管是因為內(nèi)部原因還是外部加熱或物理撞擊,它都能產(chǎn)生足夠的熱使毗鄰的電池也發(fā)生熱失控。鋰金屬電池釋放的電解質(zhì)混合融化的鋰金屬,并伴有一個大的壓力脈沖。易燃電解質(zhì)和熔融鋰金屬可產(chǎn)生爆炸混合物;
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%
④在C級貨艙的滅火劑哈龍1301(三氟一溴甲烷滅火劑),不能有效控制鋰金屬電池的著火。
一、鋰電池的分類
電池一般分為一次電池(不可反復充電)和二次電池(可反復多次充電)。而鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)的電池,一般分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池(包括鋰離子聚合物電池),其最主要的區(qū)別在于鋰金屬電池是一次電池,內(nèi)含金屬態(tài)的鋰,如紐扣電池;而鋰離子電池是二次電池,不含有金屬態(tài)的鋰,如手機電池。
其中鋰離子聚合物電池作為二次電池的代表,廣泛應用于手機、平板電腦等便攜電子產(chǎn)品。其原因在于利用聚合物串聯(lián)電池結(jié)構(gòu),使其僅需要少量液體電解質(zhì),因此該類電池并不需要硬質(zhì)外殼做保護,形狀沒有限制,其包裝體積也可大大減少。基于這些特點,鋰離子聚合物電池大有取代傳統(tǒng)鋰離子電池的趨勢。
二、鋰電池的工作原理
目前通常所說的鋰電池特指鋰離子電池,其正負電極由不同的鋰離子嵌入化合物組成,是一種實現(xiàn)化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的裝置。其構(gòu)造主要由電池正負極組成,如下所示。
正極構(gòu)造
LiCoO2+導電劑+粘合劑(PVDF)+集流體(鋁箔)
負極構(gòu)造
石墨+導電劑+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+集流體(銅箔)
當鋰電池處于充電過程中時,通過充電器發(fā)送的電流對鋰離子(Li+)施加推力,從正極穿過電解質(zhì)到達負電極后,以電化學能的形式存儲起來。當沒有更多的鋰離子從正極流向負極時,說明電池已經(jīng)充滿電。在此過程中,在電池正負極之間產(chǎn)生的電化學驅(qū)動力,稱為終端電壓。如圖3。
當鋰電池處于放電過程中時,附著在負電極的鋰離子開始遷移回正電極,過程中蓄電池繼續(xù)放電,終端電壓持續(xù)下降。一旦所有鋰離子從正極端子遷移完畢,電池完全放電,則需要再充電后使用。
四、影響鋰電池安全的因素
1)內(nèi)部因素
鋰電池的電極材料以及電解質(zhì)均有易燃性,受熱(內(nèi)部或外部)即可引起火災,并分解產(chǎn)生氣體,從而加劇了電池爆炸的可能性。而且現(xiàn)如今的高分子隔離膜強度都相對較低,在碰撞或過熱情況下極易損壞這層薄膜,導致電池短路。
同時,制造工藝的缺陷也極易引發(fā)鋰電池安全問題。比如電芯極耳過長,與極片或殼體接觸造成短路;極耳壓迫卷芯,導致正負極短路;在兩極之間留下金屬粉末、銅箔、鋁箔碎片等可能導致隔膜穿孔進而引發(fā)微短路等系列問題。
2)外部因素
影響鋰電池安全的外部因素則相對較雜,比如過充電、外短路、猛烈撞擊等均可能引發(fā)鋰電池自燃。