關(guān)于鋰電池爆炸鋰電池不安全的問(wèn)題

1、 關(guān)于鋰電池爆炸鋰電池不安全的問(wèn)題 鋰是化學(xué)周期表上直徑最小也最活潑的金屬。體積小所以容量密度高，廣受消費(fèi)者與工程師歡迎。但是，化學(xué)特性太活潑，則帶來(lái)了極高的危急性。鋰金屬暴露在空氣中時(shí)，會(huì)與氧氣產(chǎn)生激烈的氧化反應(yīng)而爆炸。為了提升平安性及電壓，科學(xué)家們創(chuàng)造了用石墨及鈷酸鋰等材料來(lái)儲(chǔ)存鋰原子。這些材料的分子結(jié)構(gòu)，形成了奈米等級(jí)的細(xì)小儲(chǔ)存格子，可用來(lái)儲(chǔ)存鋰原子。這樣一來(lái)，即使是電池外殼裂開，氧氣進(jìn)入，也會(huì)因氧分子太大，進(jìn)不了這些細(xì)小的儲(chǔ)存格，使得鋰原子不會(huì)與氧氣接觸而避開爆炸。鋰離子電池的這種原理，使得人們?cè)讷@得它高容量密度的同時(shí)，也達(dá)到平安的目的。     

2、;    鋰離子電池充電時(shí)，正極的鋰原子會(huì)丟失電子，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)極的儲(chǔ)存格，并獲得一個(gè)電子，還原為鋰原子。放電時(shí)，整個(gè)程序倒過(guò)來(lái)。為了防止電池的正負(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)孔的隔膜紙，來(lái)防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉細(xì)孔，讓鋰離子無(wú)法穿越，以自廢武功，防止危急發(fā)生。        愛(ài)護(hù)措施        鋰電池芯過(guò)充到電壓高于4.2V后，會(huì)開頭產(chǎn)生

3、副作用。過(guò)充電壓愈高，危急性也跟著愈高。鋰電芯電壓高于4.2V后，正極材料內(nèi)剩下的鋰原子數(shù)量不到一半，此時(shí)儲(chǔ)存格常會(huì)垮掉，讓電池容量產(chǎn)生永久性的下降。假如連續(xù)充電，由于負(fù)極的儲(chǔ)存格已經(jīng)裝滿了鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會(huì)積累于負(fù)極材料表面。這些鋰原子會(huì)由負(fù)極表面往鋰離子來(lái)的方向長(zhǎng)出樹枝狀結(jié)晶。這些鋰金屬結(jié)晶會(huì)穿過(guò)隔膜        紙，使正負(fù)極短路。有時(shí)在短路發(fā)生前電池就先爆炸，這是由于在過(guò)充過(guò)程，電解液等材料會(huì)裂解產(chǎn)生氣體，讓使得電池外殼或壓力閥鼓漲裂開，氧氣進(jìn)去與積累在負(fù)極表面的鋰原子反應(yīng)，進(jìn)而爆炸。因此，鋰電池充電時(shí)，肯定要設(shè)

4、定電壓上限，才可以同時(shí)兼顧到電池的壽命、容量、和平安性。最抱負(fù)的充電電壓上限為4.2V。        鋰電芯放電時(shí)也要有電壓下限。當(dāng)電芯電壓低于2.4V時(shí)，部分材料會(huì)開頭被破壞。又由于電池會(huì)自放電，放愈久電壓會(huì)愈低，因此，放電時(shí)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。因此，3.0V是一個(gè)抱負(fù)的放電截止電壓。        充放電時(shí)，除了電壓的限制，電流的限制也有其必要。電流過(guò)大時(shí)，鋰離子來(lái)不

5、及進(jìn)入儲(chǔ)存格，會(huì)聚集于材料表面。這些鋰離子獲得電子后，會(huì)在材料表面產(chǎn)生鋰原子結(jié)晶，這與過(guò)充一樣，會(huì)造成危急性。萬(wàn)一電池外殼裂開，就會(huì)爆炸。        因此，對(duì)鋰離子電池的愛(ài)護(hù)，至少要包含：充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項(xiàng)。一般鋰電池組內(nèi)，除了鋰電池芯外，都會(huì)有一片愛(ài)護(hù)板，這片愛(ài)護(hù)板主要就是供應(yīng)這三項(xiàng)愛(ài)護(hù)。但是，愛(ài)護(hù)板的這三項(xiàng)愛(ài)護(hù)明顯是不夠的，全球鋰電池爆炸大事還是頻傳。要確保電池系統(tǒng)的平安性，必需對(duì)電池爆炸的緣由，進(jìn)行更認(rèn)真的分析。      

6、0; 爆炸類型分析        電池芯爆炸的類形可歸納為外部短路、內(nèi)部短路、及過(guò)充三種。此處的外部系指電芯的外部，包含了電池組內(nèi)部絕緣設(shè)計(jì)不良等所引起的短路。        當(dāng)電芯外部發(fā)生短路，電子組件又未能切斷回路時(shí)，電芯內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生高熱，造成部分電解液汽化，將電池外殼撐大。當(dāng)電池內(nèi)部溫度高到135攝氏度時(shí)，質(zhì)量好的隔膜紙，會(huì)將細(xì)孔關(guān)閉，電化學(xué)反應(yīng)終止或近乎終止，電流驟降，溫度也漸漸下降，進(jìn)而避開了爆炸發(fā)生。但是，細(xì)孔關(guān)閉率太差，或是細(xì)孔根本不會(huì)關(guān)閉的隔

7、膜紙，會(huì)讓電池溫度連續(xù)上升，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材料燃燒并爆炸。        內(nèi)部短路主要是由于銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜，或是鋰原子的樹枝狀結(jié)晶穿破膈膜所造成。這些細(xì)小的針狀金屬，會(huì)造成微短路。由于，針很細(xì)有肯定的電阻值，因此，電流不見(jiàn)得會(huì)很大。銅鋁箔毛刺系在生產(chǎn)過(guò)程造成，可觀看到的現(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(lái)。而且，由于毛刺細(xì)小，有時(shí)會(huì)被燒斷，使得電池又恢復(fù)正常。因此，因毛刺微短路引發(fā)爆炸的機(jī)率不高。     

8、;   這樣的說(shuō)法，可以從各電芯廠內(nèi)部都常有充電后不久，電壓就偏低的不良電池，但是卻鮮少發(fā)生爆炸大事，得到統(tǒng)計(jì)上的支持。因此，內(nèi)部短路引發(fā)的爆炸，主要還是由于過(guò)充造成的。由于，過(guò)充后極片上處處都是針狀鋰金屬結(jié)晶，刺穿點(diǎn)處處都是，處處都在發(fā)生微短路。因此，電池溫度會(huì)漸漸上升，最終高溫將電解液氣體。這種情形，不論是溫度過(guò)高使材料燃燒爆炸，還是外殼先被撐破，使空氣進(jìn)去與鋰金屬發(fā)生激烈氧化，都是爆炸收?qǐng)觥?#160;       但是過(guò)充引發(fā)內(nèi)部短路造成的這種爆炸，并不肯定發(fā)生在充電的當(dāng)時(shí)。有可能電池溫度還未高到讓材料燃燒

9、、產(chǎn)生的氣體也未足以撐破電池外殼時(shí)，消費(fèi)者就終止充電，帶手機(jī)出門。這時(shí)眾多的微短路所產(chǎn)生的熱，漸漸的將電池溫度提高，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，才發(fā)生爆炸。消費(fèi)者共同的描述都是拿起手機(jī)時(shí)發(fā)覺(jué)手機(jī)很燙，扔掉后就爆炸。        綜合以上爆炸的類型，我們可以將防爆重點(diǎn)放在過(guò)充的防止、外部短路的防止、及提升電芯安        全性三方面。其中過(guò)充防止及外部短路防止屬于電子防護(hù)，與電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)及電池組裝有較大關(guān)系。電芯平安性提升之重點(diǎn)為化學(xué)與機(jī)械防護(hù)，與電池芯制造廠有較

10、大關(guān)系。        設(shè)計(jì)規(guī)范        由于全球手機(jī)有數(shù)億只，要達(dá)到平安，平安防護(hù)的失敗率必需低于一億分之一。由于，電路板的故障率一般都遠(yuǎn)高于一億分之一。因此，電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必需有兩道以上的平安防線。常見(jiàn)的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)是用充電器(adaptor)直接去充電池組。這樣將過(guò)充的防護(hù)重任，完全交給電池組上的愛(ài)護(hù)板。雖然愛(ài)護(hù)板的故障率不高，但是，即使故障率低到百萬(wàn)分之一，機(jī)率上全球還是每天都會(huì)有爆炸事故發(fā)生。        電池系統(tǒng)如能對(duì)過(guò)充、過(guò)放、過(guò)電流都分別供應(yīng)兩道平安防護(hù)，每道防護(hù)的失敗率假如是萬(wàn)分之一，兩道防護(hù)就可以將失敗率降到一億分之一。常見(jiàn)的電池充電系統(tǒng)方塊圖如下，包含充電器及電池組兩大部分。充電器又包含適配器(Adaptor)及充電掌握器兩部分。適配器將溝通電轉(zhuǎn)為直流電，充電掌握器則限制直流電的最大電流及