锂离子电池特性的原理

锂电池又分为锂一次电池（又称锂原电池）与锂二次电池（锂充电电池），与1912年由GilbertN.Lewis第一次提出，将人们的视线引向了生动金属电池上。在锂二次电池的底子上，又生长起来锂离子电池

一、锂离子电池特性

锂是化学周期表上直径最小也最生动的金属。体积小以是容量密度高，广受斲丧者与工程师欢迎。但是，化学特性太生动，则带来了极高的伤害性。锂金属袒露在气氛中时，会与氧气孕育发生剧烈的氧化回声而爆炸。为了提升平静性及电压，科学家们发明确用石墨及钴酸锂等质料来储存锂原子。这些质料的分子结构，形成了奈米等级的微小储存格子，可用来储存锂原子。这样一来，纵然是电池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些微小的储存格，使得锂原子不会与氧气打仗而制止爆炸。

锂离子电池的这种原理，使得人们在得到它高容量密度的同时，也到达平静的目的。锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子。锂离子颠末电解液游到负极去，进入负极的储存格，并得到一个电子，还原为锂原子。放电时，整个步调倒过来。为了戒备电池的正负极直接碰触而短路，电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸，来戒备短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时，自动关闭细孔，让锂离子无法穿越，以自废武功，戒备伤害孕育发生。

掩护步调：锂电池电芯过充到电压高于4.2V后，会开始孕育发生副作用。过充电压愈高，伤害性也随着愈高。锂电芯电压高于4.2V后，正极质料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮失，让电池容量孕育发生永世性的降落。要是承继充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会聚集于负极质料外貌。这些锂原子会由负极外貌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膜纸，使正负极短路。偶尔在短路孕育发生前电池就先爆炸，这是由于在过充进程，电解液等质料会裂解产使气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂，让氧气进去与聚集在负极外貌的锂原子回声，进而爆炸。因此，锂电池充电时，肯定要设定电压上限，才可以同时两全到电池的寿命、容量、宁静静性。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，部分质料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到2.4V才制止。锂电池从3.0V放电到2.4V这段时期，所开释的能量只占电池容量的3%左右。因此，3.0V是一个理想的放电制止电压。充放电时，除了电压的限定，电流的限定也有其须要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于质料外貌。这些锂离子得到电子后，会在质料外貌孕育发生锂原子结晶，这与过充一样，会造成伤害性。万一电池外壳破裂，就会爆炸。因此，对锂离子电池的掩护，至少要包括：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一样通常锂电池组内，除了锂电池芯外，都市有一片掩护板，这片掩护板紧张即是提供这三项掩护。但是，掩护板的这三项掩护显然是不够的，举世锂电池爆炸事故还是频传。

要确保电池体系的平静性，必须对电池爆炸的缘故起因，举行更细致的分析。

二、电池爆炸缘故起因:

1、内部极化较大；

2、极片吸水,与电解液孕育发生回声气鼓；

3、电解液本身的质量,性能标题；

4、注液时间注液量达不到工艺要求；

5、装置制程中激光焊焊接密封性能差,漏气.测漏气漏测；

6、粉尘,极片粉尘首先易导致微短路,细致缘故起因未知；

7、正负极片较工艺领域偏厚,入壳难；

8、注液封口标题,钢珠密封性能不好导致气鼓；

9、壳体来料存在壳壁偏厚,壳体变形影响厚度；

三、爆炸典范分析

电池芯爆炸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，包括了电池组内部绝缘筹划不良等所引起的短路。当电芯外部孕育发生短路，电子组件又未能切断回路时，电芯内部会孕育发生高热，造成部分电解液汽化，将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时，质量好的隔膜纸，会将细孔关闭，电化学回声制止或近乎制止，电流骤降，温度也渐渐降落，进而制止了爆炸孕育发生。但是，细孔关闭率太差，或是细孔底子不会关闭的隔膜纸，会让电池温度承继升高，更多的电解液汽化，着末将电池外壳撑破，以致将电池温度前进到使质料燃烧并爆炸。

内部短路紧张是由于铜箔与铝箔的毛刺穿破隔膜，或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所造成。这些微小的针状金属，会造成微短路。由于，针很细有肯定的电阻值，因此，电流不见得会很大。铜铝箔毛刺系在生产进程造成，可观察到的征象是电池泄电太快，多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来。而且，由于毛刺微小，偶尔会被烧断，使得电池又光复正常。因此，因毛刺微短路引发爆炸的机率不高。这样的说法，可以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，但是却鲜少孕育发生爆炸事故，得到统计上的支持。因此，内部短路引发的爆炸，紧张还是由于过充造成的。由于，过充后极片上到处都是针状锂金属结晶，刺穿点到处都是，到处都在孕育发生微短路。因此，电池温度会徐徐升高，着末高温将电解液气体。这种环境，不论是温度过高使质料燃烧爆炸，还是外壳先被撑破，使气氛进去与锂金属孕育发生剧烈氧化，都是爆炸收场。

但是过充引发内部短路造成的这种爆炸，并不肯定孕育发生在充电确当时。有大概电池温度还未高到让质料燃烧、孕育发生的气体也未足以撑破电池外壳时，斲丧者就制止充电，带手机出门。这时众多的微短路所孕育发生的热，渐渐的将电池温度前进，颠末一段时间后，才孕育发生爆炸。斲丧者共同的形貌都是拿起手机时发明手机很烫，扔失后就爆炸。综合以上爆炸的典范，我们可以将防爆重点放在过充的戒备、外部短路的戒备、及提升电芯平静性三方面。其中过充戒备及外部短路戒备属于电子防护，与电池体系筹划及电池组装有较大干系。电芯平静性提升之重点为化学与呆板防护，与电池芯制造厂有较大干系。