鉅大LARGE | 點擊量：1035次 | 2019年05月28日
關于電池鼓殼和爆破的原因剖析
關于電池鼓殼和爆破的原因剖析：
一、鋰離子電池特性
鋰是化學周期表上直徑最小也最生動的金屬。體積小所以容量密度高，廣受顧客與工程師歡迎。可是，化學特性太生動，則帶來了極高的危險性。鋰金屬暴露在空氣中時，會與氧氣發(fā)作劇烈的氧化反應而爆破。為了提高安全性及電壓，科學家們發(fā)明了用石墨及鈷酸鋰等資料來貯存鋰原子。這些資料的分子結(jié)構，形成了奈米等級的細微貯存格子，可用來貯存鋰原子。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，進不了這些細微的貯存格，使得鋰原子不會與氧氣接觸而避免爆破。鋰離子電池的這種原理，使得人們在取得它高容量密度的一起，也到達安全的目的。
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)由電解液游到負極去，進入負極的貯存格，并取得一個電子，還原為鋰原子。放電時，整個程序倒過來。為了避免電池的正負極直接碰觸而短路，電池內(nèi)會再加上一種擁有很多細孔的隔閡紙，來避免短路。好的隔閡紙還能夠在電池溫度過高時，自動封閉細孔，讓鋰離子無法穿越，以自廢武功，避免危險發(fā)作。
保護措施
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
鋰電池芯過充到電壓高于4．2V后，會開端發(fā)作副作用。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓高于4．2V后，正極資料內(nèi)剩下的鋰原子數(shù)量不到一半，此時貯存格常會垮掉，讓電池容量發(fā)作永久性的下降。假如持續(xù)充電，由于負極的貯存格現(xiàn)已裝滿了鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會堆積于負極資料外表。這些鋰原子會由負極外表往鋰離子來的方向長出樹枝狀結(jié)晶。這些鋰金屬結(jié)晶會穿過隔閡紙，使正負極短路。有時在短路發(fā)作前電池就先爆破，這是由于在過充過程，電解液等資料會裂解發(fā)作氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破裂，讓氧氣進去與堆積在負極外表的鋰原子反應，從而爆破。因而，鋰電池充電時，一定要設定電壓上限，才干夠一起兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。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。當電芯電壓低于2．4V時，部分資料會開端被損壞。又由于電池會自放電，放愈久電壓會愈低，因而，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。因而，3．0V是一個理想的放電截止電壓。
充放電時，除了電壓的約束，電流的約束也有其必要。電流過大時，鋰離子來不及進入貯存格，會集合于資料外表。這些鋰離子取得電子后，會在資料外表發(fā)作鋰原子結(jié)晶，這與過充一樣，會形成危險性。假如電池外殼破裂，就會爆破。
因而，對鋰離子電池的保護，至少要包括：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，這片保護板主要便是供給這三項保護。可是，保護板的這三項保護顯然是不行的，全球鋰電池爆破事件還是頻傳。要確保電池體系的安全性，有必要對電池爆破的原因，進行更仔細的剖析。
二、電池爆破原因：
1：內(nèi)部極化較大！
2：極片吸水，與電解液發(fā)作反應氣鼓。
3：電解液本身的質(zhì)量，功能問題。
4：注液時候注液量達不到工藝要求。
5：安裝制程中激光焊焊接密封功能差，漏氣、測漏氣漏測。
6：粉塵，極片粉塵首先易導致微短路，具體原因不知道。
7：正負極片較工藝范圍偏厚，入殼難。
8：注液封口問題，鋼珠密封功能不好導致氣鼓。
9：殼體來料存在殼壁偏厚，殼體變形影響厚度。
三、爆破類型剖析
電池芯爆破的類形可概括為外部短路、內(nèi)部短路、及過充三種。此處的外部系指電芯的外部，包括了電池組內(nèi)部絕緣規(guī)劃不良等所引起的短路。
當電芯外部發(fā)作短路，電子組件又未能堵截回路時，電芯內(nèi)部會發(fā)作高熱，形成部分電解液汽化，將電池外殼撐大。當電池內(nèi)部溫度高到135攝氏度時，質(zhì)量好的隔閡紙，會將細孔封閉，電化學反應停止或近乎停止，電流驟降，溫度也漸漸下降，從而避免了爆破發(fā)作?？墒?，細孔封閉率太差，或是細孔根本不會封閉的隔閡紙，會讓電池溫度持續(xù)升高，更多的電解液汽化，最終將電池外殼撐破，甚至將電池溫度提高到使資料燃燒并爆破。
內(nèi)部短路主要是由于銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔閡，或是鋰原子的樹枝狀結(jié)晶穿破膈膜所形成。這些細微的針狀金屬，會形成微短路。由于，針很細有一定的電阻值，因而，電流不見得會很大。銅鋁箔毛刺系在生產(chǎn)過程形成，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。并且，由于毛刺細微，有時會被燒斷，使得電池又康復正常。因而，因毛刺微短路引發(fā)爆破的機率不高。
這樣的說法，能夠從各電芯廠內(nèi)部都常有充電后不久，電壓就偏低的不良電池，可是卻鮮少發(fā)作爆破事件，得到計算上的支撐。因而，內(nèi)部短路引發(fā)的爆破，主要還是由于過充形成的。由于，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)作微短路。因而，電池溫度會逐漸升高，最終高溫將電解液氣體。這種景象，不論是溫度過高使資料燃燒爆破，還是外殼先被撐破，使空氣進去與鋰金屬發(fā)作劇烈氧化，都是爆破收場。
可是過充引發(fā)內(nèi)部短路形成的這種爆破，并不一定發(fā)作在充電的其時。有可能電池溫度還未高到讓資料燃燒、發(fā)作的氣體也未足以撐破電池外殼時，顧客就停止充電，帶手機出門。這時很多的微短路所發(fā)作的熱，漸漸的將電池溫度提高，經(jīng)過一段時間后，才發(fā)作爆破。顧客一起的描繪都是拿起手機時發(fā)現(xiàn)手機很燙，丟掉后就爆破。
綜合以上爆破的類型，我們能夠?qū)⒎辣c放在過充的避免、外部短路的避免、及提高電芯安全性三方面。其間過充避免及外部短路避免屬于電子防護，與電池體系規(guī)劃及電池組裝有較大聯(lián)系。電芯安全性提高之要點為化學與機械防護，與電池芯制造廠有較大聯(lián)系。
四、規(guī)劃規(guī)范
由于全球手機有數(shù)億只，要到達安全，安全防護的失敗率有必要低于一億分之一。由于，電路板的故障率一般都遠高于一億分之一。因而，電池體系規(guī)劃時，有必要有兩道以上的安全防地。常見的錯誤規(guī)劃是用充電器（adaptor）直接去充電池組。這樣將過充的防護重任，徹底交給電池組上的保護板。盡管保護板的故障率不高，可是，即使故障率低到百萬分之一，機率上全球還是天天都會有爆破事故發(fā)作。
電池體系如能對過充、過放、過電流都分別供給兩道安全防護，每道防護的失敗率假如是萬分之一，兩道防護就能夠?qū)⑹÷式档揭粌|分之一。常見的電池充電體系方塊圖如下，包括充電器及電池組兩大部分。充電器又包括適配器（Adaptor）及充電控制器兩部分。適配器將交流電轉(zhuǎn)為直流電，充電控制器則約束直流電的最大電流及最高電壓。電池組包括保護板及電池芯兩大部分，以及一個PTC來限定最大電流。
文字方塊：適配器交流變直流文字方塊：充電控制器限流限壓文字方塊：充電器文字方塊：保護板過充、過放過流等防護文字方塊：電池組文字方塊：限流片文字方塊：電池芯以手機電池體系為例，過充防護系利用充電器輸出電壓設定在4．2V左右，來到達第一層防護，這樣就算電池組上的保護板失效，電池也不會被過充而發(fā)作危險。第二道防護是保護板上的過充防護功能，一般設定為4．3V。這樣，保護板平常不必負責堵截充電電流，只有當充電器電壓異常偏高時，才需求動作。過電流防護則是由保護板及限流片來負責，這也是兩道防護，避免過電流及外部短路。由于過放電只會發(fā)作在電子產(chǎn)品被運用的過程。因而，一般規(guī)劃是由該電子產(chǎn)品的線路板來供給第一到防護，電池組上的保護板則供給第二道防護。當電子產(chǎn)品偵測到供電電壓低于3．0V時，應該自動關機。假如該產(chǎn)品規(guī)劃時未規(guī)劃這項功能，則保護板會在電壓低到2．4V時，封閉放電回路。
總之，電池體系規(guī)劃時，有必要對過充、過放、與過電流分別供給兩道電子防護。其間保護板是第二道防護。把保護板拿掉后充電，假如電池會爆破就代表規(guī)劃不良。
上述方法盡管供給了兩道防護，可是由于顧客在充電器壞掉后，常會買非原廠充電器來充電，而充電器業(yè)者，根據(jù)成本考慮，常將充電控制器拿掉，來降低成本。結(jié)果，劣幣驅(qū)逐良幣，市面上呈現(xiàn)了許多殘次充電器。這使得過充防護失去了第一道也是最重要的一道防地。而過充又是形成電池爆破的最重要因素，因而，殘次充電器能夠稱得上是電池爆破事件的首惡。
當然，并非所有的電池體系都采用如上圖的計劃。在有些情況下，電池組內(nèi)也會有充電控制器的規(guī)劃。例如：許多筆記型計算機的外加電池棒，就有充電控制器。這是由于筆記型計算機一般都將充電控制器做在計算機內(nèi)，只給顧客一個適配器。因而，筆記型計算機的外加電池組，就有必要有一個充電控制器，才干確保外加電池組在運用適配器充電時的安全。另外，運用轎車點煙器充電的產(chǎn)品，有時也會將充電控制器做在電池組內(nèi)。
最終的防地
假如電子的防護措施都失敗了，最終的一道防地，就要由電芯來供給了。電芯的安全層級，可依據(jù)電芯能否經(jīng)過外部短路和過充來大概區(qū)別等級。由于，電池爆破前，假如內(nèi)部有鋰原子堆積在資料外表，爆破威力會更大。并且，過充的防護常因顧客運用殘次充電器而只剩一道防地，因而，電芯抗過充才能比抗外部短路的才能更重要。
鋁殼電芯與鋼殼電芯安全性比較鋁殼相對于鋼殼具有很高的安全優(yōu)勢。
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