鋰電池爆炸的原因
鋰電池的制作過程,及各材料的配比和電池的使用,都有可能引起鋰電池爆炸隱患,下面從:電池制造材料、電池設(shè)和電池計使用這三方面來進行分析爆炸的原因。
1、鋰電池制造材料:
a正極材料:
其一從材料本身安全性來說,熱穩(wěn)定性LiNiO2<LiNi0.8Co0.202<LiCoO2<LiMn204<LiFePO4 <LiNi3/8Co1/4Mn3/802當(dāng)溫度升高到一定值后,材料分解,產(chǎn)生大量的熱;
其二從正極標(biāo)的理論容量與實際發(fā)揮的容量來看,沒有脫嵌的鋰離子越多,過充時,產(chǎn)生枝晶的可能性就越大,刺穿隔膜引起短路。理論值與實際值相差越小,安全性就越高,鉆酸鋰270-140<錳酸鋰148-110<磷酸鐵鋰170-130,且鐵鋰的電壓只有3.2V,安全性最高。熱分解溫度:鉆:錳:鐵鋰=180:200:220
b鋰電池隔膜:隔膜熱閉孔性對電池的安全有很大的影響,當(dāng)溫度超過120-135度,如隔膜沒有閉孔,電池繼續(xù)升溫,內(nèi)壓升高到極限,電池就會爆炸。如溫度過高,隔膜會熔化,從而引起電池大面積的短路,這就要求隔膜要有很高的熔點。
c鋰電池電解液:電解液在電池內(nèi)即起到導(dǎo)電作用,同時又要能起到保護作用,當(dāng)充電電壓到一定值時,形成絡(luò)合物,在電池內(nèi)部形成大面積的斷路,使正負(fù)極通過電流減小,電池溫度降低。
d極耳(鋁鎳帶):在設(shè)計時,可能大家都沒有太多的去考慮這一因素,其實極耳是連接電池內(nèi)外的橋梁,當(dāng)短路時,會承受很大的電流,其通過的電流密度當(dāng)超過極耳最大電流密度時,會產(chǎn)生大量的熱,致電池內(nèi)部溫度升高,內(nèi)壓增大。
e殼體:鋼殼鋁殼軟包,材料儲高壓能力比較:鋼殼<鋁殼<軟包,選用軟包鋁塑膜最為安全,這與它的封邊有一定的關(guān)系,當(dāng)壓力超過最大內(nèi)壓值時,封口處破裂,氣體排出,電池一般不會爆炸。
2、鋰電池的設(shè)計
a正負(fù)極容量比:電池在使用的過程中,在不同程度都會有所破壞,那就要求負(fù)極的嵌鋰空間至始至終都要比正極的脫嵌的鋰離子空間大。如在設(shè)計時,沒有考慮負(fù)極余量的大小,會造成析鋰,刺穿隔膜,造成短路。
b尺寸:電池的隔膜收縮與極片的寬度,當(dāng)隔膜收縮過大,極片會引起短路。
c放電電流:在設(shè)計時根據(jù)產(chǎn)品的使用放電電流來設(shè)計極片的面密度壓實極耳類型等。當(dāng)面密度過大,壓實過高,極耳截面較小時,大電流放電,會產(chǎn)生析鋰,產(chǎn)生大量的熱造成電池爆炸。
d防爆結(jié)構(gòu):當(dāng)電池內(nèi)壓達(dá)到一定的壓力時,進行排氣減壓的功能防止電池殼體爆炸。目前采用的有刻痕防爆,排氣閥部件。
e保護系統(tǒng):對電池進行保護過充過放過流短路。
3、鋰電池的使用:
a過充電:當(dāng)電壓超過4.2V以上時,電解液分解,產(chǎn)生大量氣體,電池內(nèi)壓升高,過充負(fù)極表面析鋰,電灑爆炸。
b高溫環(huán)境:高溫環(huán)境使用電池脹氣,電解液分解。
c保護系統(tǒng)失效外線路短路:用戶在使用時,外線路短路,造成電池爆炸。
d機械性的:刺穿碰撞造成電池短路爆炸。
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