【干货】电池鼓壳和爆炸的原因分析

日期:2021-04-29 19:57:01 | 人气: 20694

【干货】电池鼓壳和爆炸的原因分析 本文摘要:关于电池鼓壳和发生爆炸的原因分析:一、锂离子电池特性锂是化学周期表上直径大于也最开朗的金属。

关于电池鼓壳和发生爆炸的原因分析:一、锂离子电池特性锂是化学周期表上直径大于也最开朗的金属。体积小所以容量密度低,甚广不受消费者与工程师青睐。但是,化学特性过于开朗,则带给了极高的危险性。

锂金属曝露在空气中时,不会与氧气产生白热化的水解反应而发生爆炸。为了提高安全性及电压,科学家们发明者了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构,构成了奈米等级的细小储存格子,能用来储存锂原子。这样一来,即使是电池外壳裂痕,氧气转入,也不会因氧分子过于大,进不了这些细小的储存格,使得锂原子会与氧气认识而防止发生爆炸。

锂离子电池的这种原理,使得人们在取得它高容量密度的同时,也超过安全性的目的。锂离子电池电池时,负极的锂原子不会失去电子,水解为锂离子。锂离子经由电解液泛舟到负极去,转入负极的储存格,并取得一个电子,还原成为锂原子。

静电时,整个程序推倒过来。为了避免电池的正负极必要触碰而短路,电池内会再行再加一种享有众多细孔的隔膜纸,来避免短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过低时,自动重开细孔,让锂离子无法穿过,以自废武功,避免危险性再次发生。保护措施锂电池芯过充到电压低于4.2V后,不会开始产生副作用。

过充电压愈低,危险性也回来愈多低。锂电芯电压低于4.2V后,负极材料内只剩的锂原子数量将近一半,此时储存格常会朋克,让电池容量产生永久性的上升。如果之后电池,由于负极的储存格早已装进了锂原子,先前的锂金属不会冲刷于负极材料表面。

这些锂原子不会由负极表面往锂离子来的方向宽出有树枝状结晶。这些锂金属结晶不会穿越隔膜纸,使正负极短路。

有时在短路再次发生前电池就先发生爆炸,这是因为在过充过程,电解液等材料不会降解产生气体,使得电池外壳或压力阀鼓涨裂痕,让氧气进来与冲刷在负极表面的锂原子反应,进而发生爆炸。因此,锂电池电池时,一定要原作电压下限,才可以同时顾及到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的电池电压下限为4.2V。锂电芯静电时也要有电压上限。

当电芯电压高于2.4V时,部分材料不会开始被毁坏。又由于电池不会自放电,放愈幸电压不会愈多较低,因此,静电时最差不要放在2.4V才暂停。锂电池从3.0V静电到2.4V这段期间,所获释的能量只占到电池容量的3%左右。因此,3.0V是一个理想的静电累计电压。

充放电时,除了电压的容许,电流的容许也有其适当。电流过大时,锂离子马上转入储存格,不会挤满于材料表面。这些锂离子取得电子后,不会在材料表面产生锂原子结晶,这与过充一样,不会导致危险性。

万一电池外壳裂痕,就不会发生爆炸。因此,对锂离子电池的维护,最少要包括:电池电压下限、静电电压上限、及电流下限三项。一般锂电池组内,除了锂电池芯外,都会有一片保护板,这片保护板主要就是获取这三项维护。

但是,保护板的这三项维护似乎是过于的,全球锂电池爆炸事件还是频传。要保证电池系统的安全性,必需对电池发生爆炸的原因,展开更加细心的分析。二、电池发生爆炸原因:1:内部极化较小!2:极片柔软,与电解液再次发生反应气鼓。3:电解液本身的质量,性能问题。

4:注液时候录液量约将近工艺拒绝。5:组装制程中激光焊接焊密封性能劣,漏气、测漏气漏测。6:粉尘,极片粉尘首先不易造成微短路,明确原因不得而知。

7:正负极片较工艺范围偏厚,进壳无以。8:注液封口问题,钢珠密封性能很差造成气鼓。

9:壳体来料不存在壳壁稍薄,壳体变形影响厚度。三、发生爆炸类型分析电池芯发生爆炸的类形可概括为外部短路、内部短路、及过差使三种。

此处的外部系指电芯的外部,包括了电池组内部绝缘设计不当等所引发的短路。当电芯外部再次发生短路,电子组件又没能截断电路时,电芯内部不会产生高温,导致部分电解液汽化,将电池外壳倒大。当电池内部温度低到135摄氏度时,质量好的隔膜纸,不会将细孔重开,电化学反应中止或几近中止,电流急剧下降,温度也渐渐上升,进而防止了发生爆炸再次发生。

但是,细孔重开亲率太差,或是细孔显然会重开的隔膜纸,不会让电池温度之后增高,更好的电解液汽化,最后将电池外壳撑破,甚至将电池温度提升到使材料自燃并发生爆炸。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导致。

这些细小的针状金属,不会导致微短路。由于,针很粗有一定的电阻值,因此,电流未必不会相当大。铜铝箔毛刺系由在生产过程导致,可仔细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,有时不会被烧断,使得电池又恢复正常。因此,因毛刺微短路引起发生爆炸的机率不低。这样的众说纷纭,可以从各电芯厂内部都常有电池后旋即,电压就偏高的不当电池,但是却甚少再次发生爆炸事件,获得统计资料上的反对。因此,内部短路引起的发生爆炸,主要还是因为过充导致的。

因为,过充后极片上四处都是针状锂金属结晶,刺入点四处都是,四处都在再次发生微短路。因此,电池温度不会渐渐增高,最后高温将电解液气体。这种情形,不论是温度过低使材料自燃发生爆炸,还是外壳再行被撑破,使空气进来与锂金属再次发生白热化水解,都是发生爆炸收场。

但是过充引起内部短路导致的这种发生爆炸,不一定再次发生在电池的当时。有可能电池温度还并未低到让材料自燃、产生的气体也并未不足以撑破电池外壳时,消费者就中止电池,带上手机外出。

这时众多的微短路所产生的热,渐渐的将电池温度提升,经过一段时间后,才发生爆炸。消费者联合的叙述都是拿起手机时找到手机很毛巾,拿走后就发生爆炸。综合以上发生爆炸的类型,我们可以将防护重点放到过充的避免、外部短路的避免、及提高电芯安全性三方面。其中过充避免及外部短路避免归属于电子防水,与电池系统设计及电池组装有较小关系。

电芯安全性提高之重点为化学与机械防水,与电池芯制造厂有较小关系。四、设计规范由于全球手机有数亿只,要超过安全性,安全性防水的失败率必需高于一亿分之一。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,必需有两道以上的安全性防线。少见的错误设计是用充电器(adaptor)必要去差使电池组。这样将过充的防水重任,几乎转交电池组上的保护板。

虽然保护板的故障率不低,但是,即使故障率较低到百万分之一,机率上全球还是天天都会有发生爆炸事故再次发生。电池系统如能对过差使、过放、过电流都分别获取两道安全性防水,每道防水的失败率如果是万分之一,两道防水就可以将失败率降至一亿分之一。少见的电池电池系统方块图如下,包括充电器及电池组两大部分。充电器又包括适配器(Adaptor)及电池控制器两部分。

适配器将交流电改以直流电,电池控制器则容许直流电的仅次于电流及最低电压。电池组包括保护板及电池芯两大部分,以及一个PTC来限定版仅次于电流。文字方块:适配器交流逆直流文字方块:电池控制器限流限压文字方块:充电器文字方块:保护板过充、过杀掉东流等防水文字方块:电池组文字方块:限流片文字方块:电池芯以手机电池系统为事例,过充防水系由利用充电器输入电压原作在4.2V左右,来超过第一层防水,这样就算电池组上的保护板过热,电池也会被过充而再次发生危险性。

第二道防水是保护板上的过充防水功能,一般原作为4.3V。这样,保护板平时不用负责管理截断充电电流,只有当充电器电压出现异常偏高时,才必须动作。过电流防水则是由保护板及限流片来负责管理,这也是两道防水,避免过电流及外部短路。由于过静电只不会再次发生在电子产品被用于的过程。

因此,一般设计是由该电子产品的线路板来获取第一到防水,电池组上的保护板则获取第二道防水。当电子产品探测到供电电压高于3.0V时,应当自动关机。

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如果该产品设计时并未设计这项功能,则保护板不会在电压较低到2.4V时,重开静电电路。总之,电池系统设计时,必需对过差使、过放、与过电流分别获取两道电子防水。其中保护板是第二道防水。

把保护板替换成后电池,如果电池不会发生爆炸就代表设计不当。上述方法虽然获取了两道防水,但是由于消费者在充电器丢弃后,常会买非原厂充电器来电池,而充电器业者,基于成本考虑到,经常将电池控制器替换成,来降低成本。

结果,劣币驱赶良币,市面上经常出现了许多劣质充电器。这使得过充防水丧失了第一道也是最重要的一道防线。而过差使又是导致电池发生爆炸的最重要因素,因此,劣质充电器可以算是是电池爆炸事件的元凶。

当然,并非所有的电池系统都使用如上图的方案。在有些情况下,电池组内也不会有电池控制器的设计。例如:许多笔记型计算机的另加电池棒,就有电池控制器。

这是因为笔记型计算机一般都将电池控制器做到在计算机内,只给消费者一个适配器。因此,笔记型计算机的另加电池组,就必需有一个电池控制器,才能保证另加电池组在用于适配器电池时的安全性。另外,用于汽车点烟器电池的产品,有时也不会将电池控制器做到在电池组内。

最后的防线如果电子的防水措施都告终了,最后的一道防线,就要由电芯来获取了。电芯的安全性层级,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,电池发生爆炸前,如果内部有锂原子冲刷在材料表面,发生爆炸威力不会更大。而且,过充的防水经常因消费者用于劣质充电器而只剩一道防线,因此,电芯抗过差使能力比抗外部短路的能力更加最重要。

铝壳电芯与钢壳电芯安全性较为铝壳相对于钢壳具备很高的安全性优势。


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