鋰離子電池的爆炸類型有幾種?

2021-02-24 鋰電江湖

文章來源：鉅大LARGE

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爆炸類型分析

鋰離子電池的爆炸類型重要分為短路和過充，短路又分為內部短路和外部短路。

讓我們從外部短路開始。原理很簡單。一種導電物質將電池外部的正極和負極連接起來。當外部短路發生時，電流新增，電池開始升溫。當熱量新增時，電解質分解，出現大量氣體，電池膨脹。我們講過很多具有封閉功能的膜，在一定的溫度下，膜會封閉，阻止鋰離子的轉移，然後阻止化學反應，電流下降，溫度下降，這就防止了電池爆炸。當然，以上只是基於一個好質量的膜片。

內部短路重要是銅箔和鋁箔的毛刺刺穿隔膜，或鋰原子的枝晶晶體穿透隔膜。這些微小的針狀金屬會導致微短路。因為很薄有一定的阻值，所以電流不一定很大。銅箔在生產過程中會出現毛刺。觀察到的現象是電池洩漏和快速自放電，其中大部分可以通過短路測試儀檢測到。由於毛刺很小，它有時會燃燒掉，使電池恢復正常。因此，由毛刺短路引起爆炸的概率不高。毛刺重要來自切割，雷射切割很少毛刺。而枝晶源多、電流大、析鋰等都會引起。

由充電過度引起的爆炸是比較常見的。電池過充後，極板上到處都是針狀鋰晶體，到處都是擊穿點，到處都是微短路。因此，電池溫度會逐漸升高，最後高溫會電解出氣體。這種情況下，無論是溫度過高使材料燃燒爆炸，還是外殼先爆炸，使空氣進入鋰金屬強烈氧化，都是爆炸!!但是這種由充電過度引起的內部短路引起的爆炸，並不一定發生在充電時。我們以通常的方式,分析了手機電池,還有一個情況下,電池溫度不夠高的材料燃燒出現的氣體並沒有強大到足以爆炸電池的情況下,所以我們停止充電,帶手機出去。此時，大量的微短路所出現的熱量慢慢提高了電池的溫度，一段時間後，就會發生爆炸。消費者通常描述拿起他們的手機，發現它們很熱，把它們扔掉，然後爆炸。雖然現在很多都有自動關機功能，但還是溫馨提醒，儘量不要長時間充電。

保護機制

不管是充電還是放電，我們都有一個測量方法，我們通常用電壓來阻止它。以鎳鈷錳酸鋰和石墨陰極三元電池為例。當電池充電電壓高於4.2v時，危險也會悄然而至。電壓越高，危險越大。因為當電壓高於4.2v時，正極材料中的鋰原子數量減少，持有原子的結構坍塌，永久不可逆。假如你繼續充電，那麼陰極已經充滿了鋰離子，鋰離子在陰極表面與電子形成鋰金屬，我們稱之為樹突，這些樹突穿透膜，短路陽極和陰極。過充還會升高溫度，溫度超過180℃，電解液就會分解，出現大量的氣體和熱量，外殼就會膨脹，破裂後，氧氣變成鋰金屬，劇烈的反應也會爆炸。因此，充電電壓上限是一種保護措施。

鋰離子電池放電也必須有一個較低的電壓限制。當電池電壓低於2.4v時，部分材料開始損壞。而且由於電池會自放電，電壓越長越低，因此，最好不要把放電到2.4V停止。在3.0v至2.4v放電期間，鋰離子電池只能釋放約3%的容量。一般來說，我們選擇3.0v作為我們的三部分電池的理想放電截止電壓。所以不要做過頭，這是另一種保護。

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