分析防爆组合盖帽结构对锂离子电池过充性能的影响【钜大锂电】

目前，锂电池通常是通过多串并组合使用，如此，电池的总能量较大，在充电过程中存在单支电池过充或整个电池组过充的隐患，而当锂电池过充时，电池电压随极化增大而迅速上升，会引起正极活性物质结构的不可逆变化及电解液的分解，产生大量气体，放出大量的热，使电池温度和内压急剧增加，存在爆炸、燃烧等隐患。锂电池的安全性引起人们的广泛关注。锂电池过充电的安全性与电池的正极材料，电解液，防爆组合盖帽结构等因素有关，本文仅针对电池防爆盖帽组合结构对锂电池过充性能的影响进行分析。

锂电池的盖帽与镉镍电池/镍氢电池有所不同，是由上盖帽、PTC过流保护片、防爆半球面铝膜、下底板组成的组合件。下底板与电池正极耳焊接连接，是正极片与外部连接的过渡，与防爆半球面铝膜点焊连接。防爆半球面铝膜有两大功能，一是当电池内压增大到一定值后，向内凹曲面受力后变成向外凸出，使防爆半球面铝膜与极耳的焊接点拉裂断开，电池与外界形成开路，电池盖帽的过充保护功能开始作用；二是电池内压增大超过防爆铝膜刻痕处受力极限时，防爆铝膜破裂，电池开启，电池内压力从破裂处泄出。

显然，过充电时，电池的内压升高有了速度问题，这不仅与电池所用材料和电池结构设计有关系，还与过充电时的电流大小有关。而防爆半球面铝膜焊接点的拉裂断开与焊接点面积大小和半球面开始变形力的大小有关。在动力锂电池设计中，为了降低电池欧姆电阻，确保在大电流下连接件不发热，必须保证盖帽上的防爆半球面铝膜与下底板的焊接点有够的面积，这样就不利于过充电时尽早断开起到安全保护作用。因此在制备组合盖帽时必须选择合适的焊接点面积，既起到安全保护作用，又具有足够的面积满足动力电池大电流通过的需要。通常组合盖帽拉开压力为l.3~1.5MPa，防爆膜开启压力为2.0~2.2MPa。

普通的圆柱形锂电池盖帽内部有一个PTC保护元件，它的工作原理主要是当达到一定温度时，其内部结构发生变化，电阻大幅度增加，达到阻止电池放电，具有电池外部短路时保护电池的功能。

使用不同正极材料和电解液的锂电池在过充电时具有不同特性的温度、电压变化曲线，由于电池盖帽有过充电保护功能，当过充电达到一定程度后，充电将被迫终止。这时，如果电池内部温度已达到热失控状态时，电池内压继续上升，电池盖帽防爆膜将被冲破，电池内物质随高压气体喷出。