详解锂离子电池的安全性，锂离子电池的保护措施以及爆炸原因

锂离子电池芯过充到电压高于4.2V后，会初步发作副用途。过充电压愈高，风险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后，正极资料内剩余的锂原子数量不到一半，此刻贮存格常会垮掉，让电池容量发作永久性的下降。假设继续充电，因为负极的贮存格现已装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极资料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔阂纸，使正负极短路。有时在短路发作前电池就先爆破，这是因为在过充进程，电解液等资料会裂解发作气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨割裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，然后爆破。

因而，锂离子电池充电时，必定要设定电压上限，才能够一起兼顾到电池的寿数、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时，部分资料会初步被损坏。又因为电池会自放电，放愈久电压会愈低，因而，放电时最好不要放到2.4V才持续。锂离子电池从3.0V放电到2.4V这段期间，所开释的能量只占电池容量的3%左右。因而，3.0V是一个理想的放电截止电压。充放电时，除了电压的捆绑，电流的捆绑也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入贮存格，会集合于资料表面。

这些锂离子取得电子后，会在资料表面发作锂原子结晶，这与过充相同，会构成风险性。假如电池外壳割裂，就会爆破。因而，对锂离子电池的维护，至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂离子电池组内，除了锂离子电池芯外，都会有一片维护板，这片维护板首要便是供给这三项维护。可是，维护板的这三项维护显然是不够的，全球锂离子电池爆破事情仍是频传。要确保电池体系的安全性，有必要对电池爆破的原因，进行更仔细的剖析。

爆破原因：

1、内部极化较大；

2、极片吸水，与电解液发作反应气鼓；

3、电解液自身的质量、功用问题；

4、注液时分注液量达不到工艺要求；

5、装配制程中激光焊接密封功用差，测漏气时漏气；

6、粉尘、极片粉尘首要易导致微短路；

7、正负极片较工艺规模偏厚，入壳难；

8、注液封口问题，钢珠密封功用欠好导致气鼓；

9、壳体来料存在壳壁偏厚，壳体变形影响厚度；

10、外面环境温度过高也是导致爆破的首要原因。

爆破类型

爆破类型剖析电池芯爆破的类形可归纳为外部短路、内部短路、及过充三种。此处的外部系指电芯的外部，包含了电池组内部绝缘规划不良等所引起的短路。当电芯外部发作短路，电子组件又未能堵截回路时，电芯内部会发作高热，构成部分电解液汽化，将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时，质量好的隔阂纸，会将细孔封闭，电化学反应持续或近乎持续，电流骤降，温度也渐渐下降，然后防止了爆破发作。可是，细孔封闭率太差，或是细孔根柢不会封闭的隔阂纸，会让电池温度继续升高，更多的电解液汽化，毕竟将电池外壳撑破，甚至将电池温度行进到使料焚烧并爆破。内部短路首要是因为铜箔与铝箔的毛刺穿破隔阂，或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所构成。

这些细微的针状金属，会构成微短路。因为针很细有必定的电阻值，因而，电流不见得会很大。铜铝箔毛刺系在出产进程构成，可观察到的现象是电池漏电太快，大都可被电芯厂或是组装厂筛检出来。并且因为毛刺细微，有时会被烧断，使得电池又康复正常。因而，因毛刺微短路引发爆破的机率不高。这样的说法，能够从各电芯厂内部都常有充电后不久，电压就偏低的不良电池，可是却鲜少发作爆破事情，得到计算上的支撑。因而，内部短路引发的爆破，首要仍是因为过充构成的。因为，过充后极片上处处都是针状锂金属结晶，刺穿点处处都是，处处都在发作微短路。因而，电池温度会逐渐升高，毕竟高温将电解液气体。这种现象，不论是温度过高使资料焚烧爆破，仍是外壳先被撑破，使空气进去与锂金属发作剧烈氧化，都是爆破收场。

可是过充引发内部短路构成的这种爆破，并不必定发作在充电的其时。有或许电池温度还未高到让资料焚烧、发作的气体也未足以撑破电池外壳时，顾客就持续充电，带手机出门。这时许多的微短路所发作的热，渐渐的将电池温度行进，经过一段时间后，才发作爆破。顾客一起的描绘都是拿起手机时发现手机很烫，丢掉后就爆破。归纳以上爆破的类型，我们能够将防爆关键放在过充的防止、外部短路的防止、及行进电芯安全性三方面。其间过充防止及外部短路防止归于电子防护，与电池体系规划及电池组装有较大关系。电芯安全性行进之关键为化学与机械防护，与电池芯制造厂有较大关系。

安全隐患

锂离子电池的安全性问题，不只与池资料自身性质有关，并且与电池制备技能和运用有关。手机电池一再发作爆破事情，一方面是因为维护电路失效，但更重要的是在于资料方面并没有根柢的处理问题。

钴酸锂正极活性资料在小电芯方面是很老到的体系，可是充满电后，仍旧有许多的锂离子留在正极，当过充时，残留在正极的锂离子将会涌向负极，在负极上构成枝晶是选用钴酸锂资料的电池过充时必定的成果，甚至在正常充放电进程中，也有或许会有剩余的锂离子游离到负极构成枝晶，钴酸锂资料的理论比能量是逾越每克270毫安时的，但为确保其循环功用，实践运用容量只要理论容量的一半。在运用进程中，因为某种原因（如管理体系损坏）而导致电池充电电压过高，正极中剩余的一部分锂就会脱出，经电解液到负极表面以金属锂的形式堆积构成枝晶。枝晶刺穿隔阂，构成内部短路。

电解液的首要成分为碳酸酯，闪点很低，沸点也较低，在必定条件下会焚烧甚至爆破。如电池出现过热，会导致电解液中的碳酸酯被氧化和复原，发作许多气体和更多的热，如短少安全阀或许气体来不及经过安全阀开释，电池内压便会急剧上升而引起爆破。

聚合物电解质锂离子电池并没有从根柢上处理安全性问题，相同运用钴酸锂和有机电解液，并且电解液为胶状，不易走漏，将会发作更猛烈的焚烧，焚烧是聚合物电池安全性最大的问题。

在运用方面也存在一些问题，电池发作外部短路或内部短路将发作几百安培的过大电流。外部短路时电池瞬间大电流放电，在内阻上消耗许多能量，发作巨大热量。内部短路构成大电流，温度上升导致隔阂熔化，短路面积扩展，然后构成恶性循环。

锂离子电池为抵达单只电芯3～4.2V的高作业电压，有必要采纳分解电压大于2V的有机电解液，而选用有机电解液在大电流、高温的条件下会被电解，电解发作气体，导致内部压力升高，严峻会冲破壳体。

过充或许会分出金属锂，在壳体割裂的状况下，与空气直接接触，导致焚烧，一起点着电解液，发作剧烈火焰，气体急速胀大，发作爆破。

其他，有关手机锂离子电池，因为运用不妥，如揉捏、冲击和进水等导致电池胀大、变形和开裂等，这些都会导致电池短路，在放电或充电进程放热引起爆破。

锂离子电池的安全性：

为了防止因运用不妥构成电池过放电或许过充电，在单体锂离子电池内设有三重维护组织。一是选用开关元件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会主动持续供电；二是选择适当的隔板资料，当温度上升到必定数值时，隔板上的微米级微孔会主动溶解掉，然后使锂离子不能经过，电池内部反应持续；三是设置安全阀（便是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到必定数值时，安全阀主动翻开，确保电池的运用安全性。

有时，电池自身虽然有安全操控方法，可是因为某些原因构成操控失灵，短少安全阀或许气体来不及经过安全阀开释，电池内压便会急剧上升而引起爆破。一般状况下，锂离子电池贮存的总能量和其安全性是成反比的，跟着电池容量的添加，电池体积也在添加，其散热功用变差，出事端的或许性将大幅添加。有关手机用锂离子电池，基本要求是发作安全事端的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能承受的最低标准。而有关大容量锂离子电池，特别是轿车等用大容量锂离子电池，选用强制散热尤为重要。

选择更安全的电极资料，选择锰酸锂资料，在分子结构方面确保了在满电状况，正极的锂离子现已完全嵌入到负极炭孔中，从根柢上防止了枝晶的发作。一起锰酸锂稳固的结构，使其氧化功用远远低于钴酸锂，分解温度逾越钴酸锂100℃，即便因为外力发作内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够防止了因为分出金属锂引发焚烧、爆破的风险。

其他，选用锰酸锂资料还能够大崎岖降低成本。

行进现有安全操控技能的功用，首要要行进锂离子电池芯的安全功用，这对大容量电池尤为重要。选择热封闭功用好的隔阂，隔阂的用途是在阻隔电池正负极的一起，答应锂离子的经过。当温度升高时，在隔阂熔化行进行封闭，然后使内阻上升至2000欧姆，让内部反应持续下来。当内部压力或温度抵达预置的标准时，防爆阀将翻开，初步进行卸压，以防止内部气体堆集过多，发作形变，毕竟导致壳体爆裂。行进操控活络度、选择更活络的操控参数和选用多个参数的联合操控（这有关大容量电池尤为重要）。有关大容量锂离子电池组是串/并联的多个电芯组成，如笔记本电脑的电压为10V以上，容量较大，一般选用3～4个单电池串联就能够满意电压要求，然后再将2～3个串联的电池组并联，以确保较大的容量。

大容量电池组自身有必要设置较为完善的维护功用，还应考虑两种电路基板模块：维护电路基板（ProtecTIonBoardPCB）模块及SmartBatteryGaugeBoard模块。整套的电池维护规划包含：第1级维护IC（防止电池过充、过放、短路），第2级维护IC（防止第2次过压）、保险丝、LED指示、温度调理等部件。在多级维护机制下，即便是在电源充电器、笔记本电脑出现反常的状况下，笔记本电池也只能转为主动维护状况，假设状况不严峻，往往在从头插拔后还能正常作业，不会发作爆破。