鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2021年05月28日
為何鋰離子電池會爆炸? 鋰離子電池相關安全問題深度解析
我們現在生活中使用最多的手機內部安裝的是鋰離子電池,造成鋰離子電池爆炸的原因重要有六大方面:
一.外部短路
外部短路可能由于操作不當,或誤使用所造成,由于外部短路,電池放電電流很大,會使電芯的發熱,高溫會使電芯內部的隔膜收縮或完全壞壞,造成內部短路,因而爆炸。外部短路可能的工位:
²上電芯未對好,造成正負極接觸;
²電芯在周轉過程中打火;
²用戶在使用時正負極短路;
²保護線路板失效。
二.內部短路
由于內部出現短路現象,電芯大電流放電,出現大量的熱,燒壞隔膜,而造成更大的短路現象,這樣電芯就會出現高溫,使電解液分解成氣體,造成內部壓力過大,當電芯的外殼無法承受這個壓力時,電芯就會爆炸。內部短路的工位:
²正負裁大片毛刺;正負極分小片掉料;負極鉚焊未拍平,有毛刺;
²卷繞不齊;上部膠位置不對;高溫膠紙包住負極耳;貼底部膠未完全包住底部;
²隔膜紙有砂眼;烘烤時溫度太高烘壞隔膜;
²壓扁時壓力太大;
²組裝短路電芯未檢出;組裝微短路電芯下流;激光焊短路電芯未檢出;
三.過充
電芯過充電時,正極的鋰過度放出會使正極的結構發生變化,而放出的鋰過多也容易無法插入負極中,也容易造成負極表面析鋰,而且,當電壓達到4.5V以上時,電解液會分解生產大量的氣體。上面種種均可能造成爆炸。過充可能的工位:
²預充時電流設置過大;預充柜個別點電流過大;檢測時電流設置過大;
²電芯容量不足;
²檢測時個別點電壓偏大;用戶使用時充電器電壓偏大。
四.過放
五.水份含量過高
水份可以和電芯中的電解液反應,生產氣體,充電時,可以和生成的鋰反應,生成氧化鋰,使電芯的容量損失,易使電芯過充而生成氣體,水份的分解電壓較低,充電時很容易分解生成氣體,當這一系列生成的氣體會使電芯的內部壓力增大,當電芯的外殼無法承受時,電芯就會爆炸。
六.負極容量不足
當正極部位對面的負極部位容量不足,或是根本沒有容量時,充電時所出現的部分或全部的鋰就無法插入負極石墨的間層結構中,會析在負極的表面,形成突起狀枝晶,而下一次充電時,這個突起部分更容易造成鋰的析出,經過幾十至上百次的循環充放電后,枝晶會長大,最后會刺穿隔膜紙,使內部出現短路。負極容量不足的工位:
²正極來料容量偏高;正負極攪拌不均;正極敷料量偏大;正極涂布不均;正極頭尾部堆料;
²負極來料容量偏低;負極涂布不均;負極暗痕;負極劃痕;負極凹點;負極露箔;負極顆粒;負極壓片時壓死;正負極分檔配對錯誤;負極包不住正極;
電池的爆炸原因可能對很多人來說比較難理解,大家并不明白什么樣的行為可能會導致電池的爆炸,在給手機充電過程中也不會意識到什么樣的行為是錯誤的操作,會出現危險,下面介紹幾個鋰離子電池使用注意的小細節,希望能夠根據指導準確充電與使用手機:
手機的使用已經廣泛的深入我們的生活,但是關于另外一類新能源汽車,有人可能會充滿疑問,新能源汽車究竟是什么?它是使用電池的嗎?汽車中的電池安全嗎?接下來一一解惑:
一.新能源汽車是什么?
新能源汽車是指除汽油、柴油發動機之外所有其它能源汽車.包括燃料動力電池汽車、混合動力汽車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等。其廢氣排放量比較低。據不完全統計,全世界現有超過400萬輛液化石油氣汽車,100多萬輛天然氣汽車。目前我國市場上在售的新能源汽車多是混合動力汽車和純電動汽車。重要有以下三類,
油電混合車
純電動汽車
燃料動力電池汽車
驅動方式
引擎+馬達驅動
馬達驅動
馬達驅動
能量系統
引擎、蓄電池
蓄電池
燃料動力電池
能源和基礎設備
加油站/電網充電設備
電網充電設備
加氫氣設備
排放量
低排量
零排量
超低排量或零排量
重要特點
續航里程長/仍部分依賴柴油
續航里程短/
初始成本高
能源效率高/續航里程長/成本高
商業化過程
已規模化量產
有銷售,但未
規模化
仍處于研發階段
電動汽車是目前市面上可見的、有機會取代傳統汽、機車的新型交通工具。傳統車輛的動力來源是汽油或柴油引擎,除引擎本體外,還要油箱、油泵、過濾器、空氣濾清器、化油器、噴嘴與點火裝置等組件,同時排氣管裝有消音器,而且水冷式引擎還要冷卻水系統。相比較之下,電動汽車的動力系統顯得較為單純。
二.新能源汽車中的電池
目前市場上常見的電動汽車,其動力系統分為兩種,一種是采用蓄電池系統的電動汽車,重要的動力組件是電池組、充電器、電力控制器與馬達等,因此動力系統較為簡單;另外還有以燃料動力電池為動力系統的電動汽車。
從全球新能源汽車的發展來看,其動力電源重要包括鋰離子電池、鎳氫電池、燃料動力電池、鉛酸電池、超級電容器,其中鉛酸電池、超級電容器大多以輔助動力源的形式出現。重要原因是這些電池技術還不完全成熟或缺點明顯,與傳統汽車相比不管是從成本上、動力還是續航里程上都有不少差距,這也是制約新能源汽車的發展的重要原因。由于汽車要大電流來帶動,所以鋰離子電池的特性較為合適,不過由于鋰離子電池在安全性上的考慮,假如制程有瑕疵會有預熱起火等問題,所以現在也有許多新產品,希望在安全性上得以提高。
目前市面上主流純電動汽車型所選用的電池類型:
磷酸鐵鋰離子電池,是用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池,特點就是不含鈷等貴重元素,原料價格低,而且磷、鐵在地球上的含量豐富,不會有供料問題。它的理論工作電壓適中(3.2V)、單位重量下電容量大(170mAh/g)、高放電功率、可快速充電且循環壽命長,在高溫與高熱環境下的穩定性高。優點就是,具有更高的安全性、更長的使用壽命、不含任何重金屬和稀有金屬(原材料成本低)、支持快速充電、工作溫度范圍廣。缺點就是,存在一些性能上的缺陷,比如振實密度與壓實密度很低,導致電池的能量密度較低,材料的制備成本與電池的制造成本較高,電池成品率低,一致性差,知識產權等問題。
三元聚合物鋰離子電池,是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2)三元正極材料的鋰離子電池。優點就是,能量密度高,循環性能好,目前,電池的標稱電壓已達到3.7V,在容量上已經達到或超過鈷酸鋰離子電池水平。缺點就是,高溫結構不穩定,導致高溫安全性差,且pH值過高易使單體脹氣,進而引發危險,目前造價較高。
三.新能源汽車電池的安全性
怎么評判電池的安全性能,我認為可以從三個方面考量。
1.是否會自燃、爆炸?
至于電動汽車的電池為何會爆炸,還是要從原材料說起。磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池,這兩種材料都會在到達一定溫度時發生分解,不同的是,三元鋰材料會在更低的200度左右發生分解,而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學反映更加劇烈,會釋放氧分子,在高溫用途下電解液迅速燃燒,發生連鎖反應,所以三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。因此,有人說磷酸鐵鋰離子電池是目前最安全的電動汽車電池。
2.電池的高壓電流是否安全?
有關這點,要結合到車的設計一起看,也就是說因車而異。我看過騰勢的一個公布會,里面說到,這款電動汽車的高壓設計是完全按照戴姆勒高壓安全要求設計的。若真是這樣,那我們就不用擔心了,因為,戴勒姆的高壓安全設計要求,是梅賽德斯-奔馳、保時捷、寶馬、奧迪、大眾5家汽車公司一致認可的。就沖這五個牌子,也值得我們信任了。
3.電池的輻射大不大?
這里必須要提出表揚的是,我們國家在電磁標準方面的要求是很嚴格的,甚至有些部分的要求是要高于國際標準的。根據聯合國國際衛生組織有關電磁輻射電磁場的安全標準,磁場輻射安全標準為100μT。我們的手機、充電器、電腦等電子產品均帶有磁場,數值是在4μT左右。再直觀一點,手機看微信時的電磁輻射為0.20μT,發微信時的電磁輻射為0.45μT,而播放視頻時的電磁輻射高達19.00μT。而電動汽車的電磁輻射,我找到了愛卡汽車網上的幾組實測數據:比亞迪e6約為2.95μT;江淮iEV4純電動汽車約為0.597μT;騰勢車內磁場水平最高處約為0.39μT。所以,關于電動汽車的電磁輻射安全性大可放心。
電動汽車電池到底哪個好,目前業內也存在很多的分歧,但有一點是一致的,就是,至今尚未有任何一種電池技術能真正滿足新能源汽車動力鋰電池的所有技術要求。但通過我們上面的比較分析,可以看出磷酸鐵鋰離子電池的表現還是更為穩定和安全的。假如要根據此選擇購車的話,還要更多的參考車輛的其他性能和配置。
最后,為了大家放心的使用手機和新能源汽車,目前世界上多個國家和國際組織都推出了電池、汽車安全標準和檢驗要求,其中鋰離子電池和新能源汽車應用比較廣泛的幾個標準和檢測有:
¶鋰離子電池標準和檢測
1)IEC62133Edition1.0便攜式和便攜式設備用密封含堿性或其他非酸性電解液二次電芯和電池(Secondarycellsandbatteriescontainingalkalineorothernon-acidelectrolytesSafetyrequirementsforportablesealedsecondarycells,andforbatteriesmadefromthem,foruseinportableapplications);
2)IEC61960Edition1.0便攜式設備用含堿性或其他非酸性電解液二次電芯和電池-二次鋰離子電芯和電池(Secondarycellsandbatteriescontain-ingalkalineorothernon-acidelectrolytesSecondarylithiumcellsandbatteriesforportableapplica-tions);
3)IEC60950-1Edition1.0信息技術設備的安全(InformationtechnologyequipmentSafetyPart1:Generalrequirements);
4)IEC60086-4:2007一次電池-第四部分:鋰離子電池安全(Primarybatteries–Part4:Safetyoflithiumbatteries);
5)UL1642Ed4鋰離子電池(LithiumBatteries);
6)UL2054Ed2民用和商用電池(HouseholdandCommercialBatteries);
7)UNST/SG/AC.10/11/Rev.4-2003危險品貨物運輸建議書-試驗和標準手冊(RecommendationsontheTransportofDangerousGoodsManualofTestsandCriteria,FourthRevisedEdition);
8)GB/T18287-2000《蜂窩電話用鋰離子電池總規范》;
9)JISC8714:2007便攜式電子設備用鋰離子電池的單電池即電池組的安全試驗;
10)IEEEStd1625-2004筆記本電腦用可充電電池(IEEEStandardforRechargeableBatteriesforPortableComputing);
11)IEEEStd1725-2006移動電話用可充電電池(IEEEStandardforRechargeableBatteriesforCellularTelephones)。
目前鋰離子電池的各種標準重要從3個角度來考察鋰離子電池的電性能及安全性能:1)產品使用安全性;2)環境適應性;3)電性能。不同的標準對電池的檢測各有側重,例如:IEC61960重要側重于鋰離子電池的電性能測試;IEC62133和日本JISC8714要求側重于產品使用安全和環境適應性安全;GB/T18287不僅包含了部分安全檢測項目,還涵蓋了性能測試;UL2054和UL1642則全面考察電芯和電池在各種使用環境下,包括故障條件、重壓條件和燃燒條件下的安全性。










