鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1096次 | 2019年06月29日
講講鋰電池爆破的那些幺蛾子
上上文說(shuō)到,由于作業(yè)的緣故,拆解了許多電池,無(wú)論是好的、壞的,仍是那種不知道是好的仍是壞的。見識(shí)到各式各樣的情況,因操作失誤,鋰電池起火焚燒倒是經(jīng)常有的事(不要在沒有任何防護(hù)辦法下拆解電池,不要在高溫高濕的環(huán)境里拆解)。言歸正傳,咱們講講鋰電池爆破的那些幺蛾子。
概述
首要需要明確一些理論性的東西,不感興趣能夠直接跳過。鋰電池,我想咱們應(yīng)該更謹(jǐn)慎一點(diǎn),應(yīng)該叫鋰離子二次電池,Li是原素周期表上直徑最小、也是最活潑的金屬,請(qǐng)靜靜的翻出初中的回憶“氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖......”。正由于他有這些特性,所以廣受聰明的科學(xué)家和工程師們青睞。不過,這也是一把雙刃劍,鋰金屬暴露在空氣中,會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)作劇烈的氧化反響而爆破,這也是咱們現(xiàn)階段預(yù)鋰化存在的一個(gè)難題。所以日常電極材猜中,咱們一般用合金資料和石墨來(lái)貯存鋰原子,這些資料就像一個(gè)一個(gè)的小儲(chǔ)物格子,鋰原子就躺在里邊,而較大的氧分子(開端背元素周期表),進(jìn)不去到里邊,他們的反響也就不會(huì)發(fā)作,避免爆破,從而完成安全的意圖。
鋰電池作業(yè)原理我之前的文章也有說(shuō)過,此處不再贅述,只做簡(jiǎn)略介紹。鋰離子電池充電時(shí),正極的鋰原子會(huì)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(jìn)入負(fù)極的層狀結(jié)構(gòu)里,并取得一個(gè)電子,還原為鋰原子。放電時(shí),整個(gè)程序倒過來(lái)。(這是搖椅電池的由來(lái))為了避免電池的正負(fù)極直接碰觸而短路,電池內(nèi)會(huì)再加上一種擁有眾多細(xì)孔的隔閡來(lái)避免短路。好的隔閡還能夠在電池溫度過高時(shí),主動(dòng)關(guān)閉細(xì)孔,讓鋰離子無(wú)法穿越,以自廢武功,避免風(fēng)險(xiǎn)發(fā)作。
常見爆破原因
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%
1、原資料、來(lái)料存在嚴(yán)重的質(zhì)量問題,首要是電解液的質(zhì)量;
2、極片吸水,水與電解液反響,發(fā)生很多的氣體和熱;
3、注液量偏少,充放電內(nèi)阻較大,影響鋰離子傳輸;
4、蓋板焊接、封口工序不良,密封功能差,存在漏氣,外部水分進(jìn)入;
5、內(nèi)部微短路,首要是粉塵毛刺,多來(lái)源于極片裁切掉料和切刀毛刺;
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
6、電流過大,負(fù)極不能接納更多的鋰離子,構(gòu)成枝晶,刺穿隔閡短路;
7、電池過充,資料結(jié)構(gòu)坍塌,鋰枝晶構(gòu)成刺穿隔閡。
爆破類型分析
鋰離子電池的爆破類型,首要分為短路和過充,短路又分為內(nèi)部短路和外部短路。
咱先說(shuō)說(shuō)外部短路,原理很簡(jiǎn)略,一個(gè)導(dǎo)電的物質(zhì),從電池外部同時(shí)聯(lián)通了正極和負(fù)極。發(fā)作外部短路的時(shí)分,電流變大,電池內(nèi)部開端產(chǎn)熱,當(dāng)熱量變大,電解液會(huì)分化,發(fā)生很多氣體,電池鼓脹。咱們說(shuō)到很多隔閡有閉孔的功用,達(dá)到必定溫度隔閡會(huì)閉孔,阻止鋰離子的傳輸,從而阻斷化學(xué)反響,電流降下來(lái),溫度也漸漸下降,從而避免了電池爆破。當(dāng)然,以上只是基于質(zhì)量杰出的隔閡。
內(nèi)部短路首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(xì)小的針狀金屬,會(huì)形成微短路。由于很細(xì)有必定的電阻值,因而,電流不見得會(huì)很大。銅鋁箔毛刺會(huì)在生產(chǎn)過程形成,可觀察到的現(xiàn)象是電池漏電、自放電快,多數(shù)可被短路測(cè)試儀檢測(cè)出來(lái)。而且,由于毛刺細(xì)小,有時(shí)會(huì)被燒斷,使得電池又康復(fù)正常。因而,因毛刺微短路引發(fā)爆破的機(jī)率不高。毛刺首要來(lái)源于分切,激光切少有毛刺。而枝晶來(lái)源就多了,大電流、析鋰等等都會(huì)形成。
過充形成的爆破,是比較常見的。電池過充后極片上到處都是針狀鋰金屬結(jié)晶,刺穿點(diǎn)到處都是,到處都在發(fā)作微短路。因而,電池溫度會(huì)逐漸升高,最終高溫將電解液氣體。這種情形,不論是溫度過高使資料焚燒爆破,仍是外殼先被撐破,使空氣進(jìn)去與鋰金屬發(fā)作劇烈氧化,都是爆破?。?!但是過充引發(fā)內(nèi)部短路形成的這種爆破,并不必定發(fā)作在充電的其時(shí)。咱們以常見的手機(jī)電池分析,還有這樣一種情況,電池溫度還未高到讓資料焚燒、發(fā)生的氣體也未足以撐破電池外殼時(shí),咱們就終止充電,帶手機(jī)出門。這時(shí)眾多的微短路所發(fā)生的熱,漸漸的將電池溫度進(jìn)步,經(jīng)過一段時(shí)間后,才發(fā)作爆破。消費(fèi)者一起的描述都是拿起手機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)手機(jī)很燙,扔掉后就爆破。雖然現(xiàn)在很多都有主動(dòng)斷電功用,但仍是溫馨提示,盡量不要長(zhǎng)期充電。
維護(hù)機(jī)制
無(wú)論是充電,仍是放電,咱們都有一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn),一般運(yùn)用的是以電壓來(lái)中止。以鎳鈷錳酸鋰配石墨負(fù)極的三元電池為例,當(dāng)電池充電電壓高于4.2V時(shí),風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)悄悄到來(lái),電壓越高,風(fēng)險(xiǎn)性越高。由于當(dāng)電壓高于4.2V時(shí)分,正極資料里邊的鋰原子數(shù)量減少,貯存原子的結(jié)構(gòu)就會(huì)坍塌,并且是永久性的是不可逆的。假如持續(xù)充電,那么負(fù)極現(xiàn)已塞滿了鋰離子情況下,鋰離子就會(huì)在負(fù)極表面與電子生成鋰金屬,也便是咱們說(shuō)的枝晶,這些枝晶會(huì)刺穿隔閡,使正負(fù)極短路。過充還會(huì)讓溫度升高,溫度超越180℃,電解液會(huì)分化,發(fā)生很多的氣體和熱量,殼體會(huì)膨脹,破裂后,氧氣進(jìn)入與鋰金屬發(fā)作劇烈反響也會(huì)爆破。所以充電電壓上限是一個(gè)維護(hù)辦法。
鋰電池放電時(shí)也要有電壓下限。當(dāng)電芯電壓低于2.4V時(shí),部分資料會(huì)開端被破壞。又由于電池會(huì)自放電,放愈久電壓會(huì)愈低,因而,放電時(shí)最好不要放到2.4V才中止。鋰電池從3.0V放電到2.4V這段期間,所開釋的能量只占電池容量的3%左右。一般,咱們?nèi)姵剡x用3.0V作為一個(gè)理想的放電截止電壓。所以不要過放是另一個(gè)維護(hù)辦法。
除了剛才說(shuō)的充電截止電壓、放電截止電壓以外,咱們還用電流來(lái)維護(hù)電池,也便是咱們常關(guān)注的倍率功能,那些所謂的幾分鐘充滿電選用了特殊資料,比方石墨烯。能夠簡(jiǎn)略理解為你的茶杯,帶網(wǎng)狀茶隔的那種,假如你漸漸倒水,一點(diǎn)也不堵,水也不會(huì)濺出來(lái)。但是你換了一個(gè)大水龍頭,你會(huì)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上堵塞了,來(lái)不及進(jìn)去。大電流對(duì)電池的傷害首要表現(xiàn)為,電流過大時(shí),鋰離子來(lái)不及進(jìn)入貯存格,會(huì)集合于資料表面。這些鋰離子取得電子后,會(huì)在資料表面發(fā)生鋰原子結(jié)晶,這與過充相同,會(huì)形成風(fēng)險(xiǎn)。如果電池外殼破裂,就會(huì)爆破。
最終一道防地
一般咱們的電池,無(wú)論是手機(jī)仍是動(dòng)力電池,都有一個(gè)電池辦理系統(tǒng)(或軟件),以及一個(gè)電池維護(hù)電路板,在電池充電和放電時(shí),監(jiān)控電池的電壓,避免過充、過放、大電流的發(fā)生。假如以上都不能完成電池的防護(hù),避免不了爆破的發(fā)作,那就只有通過自損來(lái)下降傷害了。這些就需要電芯來(lái)提供了,比方電芯的防爆閥、防過充的Fuse配合SSD翻轉(zhuǎn)片,堵截電流,泄壓來(lái)達(dá)到下降電池爆破的風(fēng)險(xiǎn)。