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有關鋰離子電池的安全隱患解析

鉅大LARGE  |  點擊量:358次  |  2023年06月17日  

手機電池頻頻發生爆炸事件,一方面是由于保護電路失效,但更重要的是在于材料方面并沒有根本的解決問題。


鈷酸鋰離子正極活性材料在小電芯方面是很成熟的體系,但是充滿電后,仍舊有大量的鋰留在正極,當過充時,殘留在正極的鋰將會涌向負極,在負極上形成枝晶是采用鈷酸鋰離子材料的電池過充時必然的結果,甚至在正常充放電過程中,也有可能會有多余的鋰游離到負極形成枝晶,鈷酸鋰離子材料的理論比能量是超過每克270毫安時的,但為保證其循環性能,實際使用容量只有理論容量的一半。在使用過程中,由于某種原因(如管理系統損壞)而導致電池充電電壓過高,正極中剩余的一部分鋰離子就會脫出,經電解液到負極表面以金屬鋰離子的形式沉積形成枝晶。枝晶刺穿隔膜,形成內部短路。


電解液的重要成分為碳酸酯,閃點很低,沸點也較低,在一定條件下會燃燒甚至爆炸。如電池出現過熱,會導致電解液中的碳酸酯被氧化和還原,出現大量氣體和更多的熱,如缺少安全閥或者氣體來不及通過安全閥釋放,電池內壓便會急劇上升而引起爆炸。


聚合物電解質鋰離子電池并沒有從根本上解決安全性問題,同樣使用鈷酸鋰離子和有機電解液,而且電解液為膠狀,不易泄漏,將會發生更猛烈的燃燒,燃燒是聚合物電池安全性最大的問題。


在使用方面也存在一些問題,電池發生外部短路或內部短路將出現幾百安培的過大電流。外部短路時電池瞬間大電流放電,在內阻上消耗大量能量,出現巨大熱量。內部短路形成大電流,溫度上升導致隔膜熔化,短路面積擴大,進而形成惡性循環。

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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%

鋰離子電池為達到單只電芯3~4.2V的高工作電壓,必須采取分解電壓大于2V的有機電解液,而采用有機電解液在大電流、高溫的條件下會被電解,電解出現氣體,導致內部壓力升高,嚴重會沖破殼體。


過充可能會析出金屬鋰離子,在殼體破裂的情況下,與空氣直接接觸,導致燃燒,同時引燃電解液,發生強烈火焰,氣體急速膨脹,發生爆炸。


另外,有關手機鋰離子電池,由于使用不當,如擠壓、沖擊和進水等導致電池膨脹、變形和開裂等,這些都會導致電池短路,在放電或充電過程放熱引起爆炸。


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