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锂电池爆炸原因

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锂电池爆炸原因

发布日期:2018-10-08 作者:刘艳华 点击:

1、内部极化较大;

2、极片吸水,与电解液发生反应气鼓;

3、电解液本身的质量、性能问题;

4、注液时候注液量达不到工艺要求;

5、装配制程中激光焊接密封性能差,测漏气时漏气;

6、粉尘、极片粉尘首先易导致微短路;

7、正负极片较工艺范围偏厚,入壳难;

8、注液封口问题,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;

10、外面环境温度过高也是导致爆炸的主要原因。

爆炸类型

爆炸类型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,包含了电 池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。 当电芯外部发生短路,电子组件又未能切断回路时,电芯内部会产生高热,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,电化学反应终止或近乎 终止,电流骤降,温度也慢慢下降,进而避免了爆炸发生。但是,细孔关闭率太差,或是细孔根本不会关闭 的隔膜纸,会让电池温度继续升高,更多的电解液汽化,最后将电池外壳撑破,甚至将电池温度提高到使材 料燃烧并爆炸。 内部短路主要是因为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。

这些细小的针状金属,会造成微短路。由于,针很细有一定的电阻值,因此,电流不见得会很大。铜铝箔毛刺系在生 产过程造成,可观察到的现象是电池漏电太快,多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来。而且,由于毛刺细小, 有时会被烧断,使得电池又恢复正常。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,但是却鲜少发生爆炸事 件,得到统计上的支持。因此,内部短路引发的爆炸,主要还是因为过充造成的。

因为,过充后极片上到处 都是针状锂金属结晶,刺穿点到处都是,到处都在发生微短路。因此,电池温度会逐渐升高,最后高温将电 解液气体。这种情形,不论是温度过高使材料燃烧爆炸,还是外壳先被撑破,使空气进去与锂金属发生激烈 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,并不一定发生在充电的当时。有可能电池温度还未高到让材料 燃烧、产生的气体也未足以撑破电池外壳时,消费者就终止充电,带手机出门。这时众多的微短路所产生的 热,慢慢的将电池温度提高,经过一段时间后,才发生爆炸。消费者共同的描述都是拿起手机时发现手机很 烫,扔掉后就爆炸。

综合以上爆炸的类型,我们可以将防爆重点放在 过充的防止、外部短路的防止、及提升电芯安全性三方面。其中过充防止及外部短路防止属于电子防护,与电池系统设计及电池组装有较大关系。电芯安全性提升 之重点为化学与机械防护,与电池芯制造厂有较大关系。

设计规范

由于全球手机有数亿只,要达到安全,安全防护的失败率必须低于一亿分之一。由于,电路板的故障率 一般都远高于一亿分之一。因此,电池系统设计时,必须有两道以上的安全防线。常见的错误设计是用充电器(adaptor)直接去充电池组。这样将过充的防护重任,完全交给电池组上的保护板。虽然保护板的故障率不高,但是,即使故障率低到百万分之一,机率上全球还是天天都会有爆炸事故发生。 电池系统如能对过充、过放、过电流都分别提供两道安全防护,每道防护的失败率如果是万分之一,两道防护就可以将失败率降到一亿分之一。

常见的电池充电系统方块图如下,包含充电器及电池组两大部分。 ①充电器又包含适配器(Adaptor)及充电控制器两部分。适配器将交流电转为直流电,充电控制器则限制直流 电的最大电流及最高电压。②电池组包含保护板及电池芯两大部分,以及一个 PTC 来限定最大电流。适配器交流变直流作用:电控制器限流限压。充电器作用: 保护板过充、 过放、过流等防护。

电池组作用: 限流片。电池芯以手机电池系统为例,过充防护系 统利用充电器输出电压设定在 4.2V 左右,来达到第一层防护,这样就算电池组上的保护板失效,电池也不会被过充而发生危险。第二道防护是保护板上的过充防护功能,一般设定为 4.3V。这样,保护板平常不必负责 切断充电电流,只有当充电器电压异常偏高时,才需要动作。过电流防护则是由保护板及限流片来负责,这 也是两道防护,防止过电流及外部短路。由于过放电只会发生在电子产品被使用的过程。因此,一般设计是 由该电

手机锂离子电池

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子产品的线路板来提供第一道防护,电池组上的保护板则提供第二道防护。当电子产品侦测到供电电压低于 3.0V 时,应该自动关机。如果该产品设计时未设计这项功能,则保护板会在电压低到 2.4V 时,关闭 放电回路。

总论:电池系统设计时,必须对过充、过放、与过电流分别提供两道电子防护。 把保护板拿掉后充电,如果电池会爆炸就代表设计不良。 上述方法虽然提供了两道防护,但是由于消费者在充电器坏掉后,常会买非原厂充电器来充电,而充电 器业者,基于成本考虑,常将充电控制器拿掉,来降低成本。结果,劣币驱逐良币,市面上出现了许多劣质 充电器。这使得过充防护失去了第一道也是最重要的一道防线。而过充又是造成电池爆炸的最重要因素,因 此,劣质充电器可以称得上是电池爆炸事件的元凶。 当然,并非所有的电池系统都采用如上图的方案。在有些情况下,电池组内也会有充电控制器的设计。

例如:许多笔记型计算机的外加电池棒,就有充电控制器。这是因为笔记型计算机一般都将充电控制器做在 计算机内,只给消费者一个适配器。因此,笔记型计算机的外加电池组,就必须有一个充电控制器,才能确保外加电池组在使用适配器充电时的安全。另外,使用汽车点烟器充电的产品,有时也会将充电控制器做在 电池组内。

最后的防线:如果电子的防护措施都失败了,最后的一道防线,就要由电芯来提供了。电芯的安全层级, 可依据电芯能否通过外部短路和过充来大略区分等级。由于,电池爆炸前,如果内部有锂原子堆积在材料表 面,爆炸威力会更大。而且,过充的防护常因消费者使用劣质充电器而只剩一道防线,因此,电芯抗过充能 力比抗外部短路的能力更重要。 铝壳电芯与钢壳电芯安全性比较,铝壳具有很高的安全优势。想要了解更多关于锂电池相关信息可以直接访问网站:www.szdongheng.com

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