電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
鋰離子電池為什么有安全性問題
1、內部短路是要怎么樣形成的：鋰電池的最大的隱患是使用鈷酸鋰的鋰電池在過充的情況下（甚至正常充放電時），鋰離子在負極堆積形成枝晶，刺穿隔膜，形成內部短路。
2、萌生大電流：外部短路，內部短路將萌生幾百安培的過大電流
i.外部短路時，由于外部負載過低，電池瞬間大電流放電。在內阻上消耗大量能量，萌生巨大熱量。
ii.內部短路，主要原由是隔膜被穿透，內部形成大電流，溫度上升導致隔膜熔化，短路面積張大，進而形成惡性循環
二、要怎么樣處理大容量鋰離子電池的安全性問題
鋰電池的安全性問題，并不是外圍問題，而是一個基于材料技術的本質問題。
在材料技術上取得沖破：
1、選擇安全的正極材料，目前的正極有鈷酸鋰和錳酸鋰兩種量產的材料產品。鈷酸鋰在小電芯方面是很成熟的體系，由于鈷酸鋰在分子結構方面（LiCo）的特點：洋溢電后，仍然有大量的鋰離子留在正極，當過充時，殘留在正極的鋰離子將會涌向負極，在負極上形成枝晶是采用鈷酸鋰材料的電池過充時必然的結果，甚至在正常充放電過程中，也有可能會有多余的鋰離子游離到負極形成枝晶。所以手機電池頻頻發生爆炸事件，一方面是由于保護電路失效，但更緊要的是在材料方面并沒有根本的處理問題。同時鈷酸鋰的氧化性強，在175度時就會分析，殼體泄漏，與空氣接觸，發生燃燒、爆炸。
2、選擇錳酸鋰材料，在分子結構方面保證了在滿電狀態，正極的鋰離子已經完全嵌入到負極炭孔中，從根本上避免了枝晶的萌生。同時錳酸鋰穩固的結構，使其氧化性能遠遠低于鈷酸鋰，分析溫度超過鈷酸鋰100度，即使由于外力發生內部短路（針刺），外部短路，過充電時，也完全能夠避免了由于析出金屬鋰引發燃燒、爆炸的危險。
3、選擇熱封閉性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔離電池正負極的同時，準許鋰離子的通過。當溫度升高時，在隔膜熔化前進行封閉，從而使內阻上升至2000歐姆，讓內部反應停止下來。
4、防爆閥：當內部壓力或溫度達到預置的標準時，防爆閥將打開，開始進行卸壓，以戒備內部氣體積累過多，發生形變，最終導致殼體爆裂。
5、保護電路：通常保護電路需起到戒備過充電，過放電，超大電流的作用。主要原理是通過測量每一只電芯的電壓和總電流，控制開關電路進行整個回路的關斷，在電路的設計上并沒有過高的難度。但保護電路的設計是不是合理，可靠性是不是足夠高，是考驗加工廠商的能力。保護電路是基于約莫數十個個電阻、電容，開關MOS管等電子元器件組成的pCB電路，各個元器件都存在失效的可能性。失效的保護電路會出現開路或導通兩種狀態，當開路時會導致用戶不能使用電池包，而導通的狀態將會考驗電芯抗過充的能力。
三、用什么樣的標準考察大容量鋰離子電池的安全性
1、過充實驗
利用恒定電流繼續給電芯充電，設定固定電壓上限。電芯內部在負極上萌生鋰離子枝晶，刺穿隔膜是通過該實驗最大的威脅。
前提
環境溫度
充電電流
實驗過程
時間要求
結果要求
軍工
按標準洋溢電后
20℃±5℃
0.2C5A
直至保護電路起作用
無
不爆炸、不燃燒
輕工標準QB/T25022000
完全放電態的電池
20℃±5℃
0.2C5A
可讓保護電路起作用
12.5h
不爆炸、不燃燒
04科技部863電動車蓄電池
按標準洋溢電，放1小時后
20℃±5℃
1C1(A)
電壓達到5.0V
或充電90min
不爆炸、不燃燒
國家標準
GB/T18287-2000
按標準洋溢電后
20℃±5℃
3C5A
上限電壓10V，
溫度下降峰值10℃后結束試驗
不爆炸、不燃燒
UL標準
按標準洋溢電后
20℃±5℃
以對應電流和時間進行。
注：C為標稱容量，IC為探測電流
探測時間不得少于48h
不爆炸、不燃燒
注：UL(UnderwritersLaboratories)是一家產品安全探測和認證機構，對消費者來說UL就是安全標志的象征。全球，UL是制造廠商最值得信賴的合格評估提供者之一。（摘自UL試驗室中文網站）
2、短路實驗
用小電阻的導線筆直連接正負極，使電池形成超大電流回路，電池內部快速升溫
前提
環境溫度
短路辦法
外部電阻
時間
結果要求
軍標
按標準洋溢電后的電池包
20℃±5℃
用導線連接正負極
≤50mΩ
直至保護電路起作用
不爆炸、不燃燒、可正常充放電
輕工標準QB/T2502-2000
按標準洋溢電后
20℃±5℃
用導線連接正負極
≤50mΩ
6h以上
不爆炸、不燃燒
2004科技部863電動車蓄電池
按標準洋溢電1小時后
20℃±5℃
用導線連接正負極
≤10mΩ
10min
不漏液、不爆炸或燃燒
國家標準
GB/T18287-2000
按標準洋溢電后
20℃±5℃
用導線連接正負極
≤50mΩ
溫度下降峰值10℃后結束試驗
不爆炸、不燃燒，外部溫度不得高于150℃
UL標準
按標準洋溢電后
60℃±2℃
20℃±5℃
用導線連接正負極
0.1Ω
直至溫度下降接近環境溫度
不爆炸、不燃燒，外殼溫度不得高于150℃
3、針刺實驗
用鐵針垂直穿透電池，繼續形成內部短路
前提
環境溫度
鋼釘
實驗過程
時間要求
結果要求
軍工
按標準洋溢電后
20℃±5℃
φ3mm
沿徑向強力刺穿
無規定
不爆炸、不燃燒
輕工標準QB/T2502-2000
按標準洋溢電后
20℃±5℃
2.5～5mm
中央與電極面垂直的方向穿透
放置6小時以上
不爆炸、不燃燒
2004科技部863電動車蓄電池
按標準洋溢電后
20℃±5℃
φ3～8mm
垂直于極板的方向迅速貫穿
鋼針停留在其中
不爆炸、不燃燒
UL標準
按標準洋溢電后
20℃±5℃
在電池的正面與側面，在3ms內以最小加速度75g，最大加速度125-175g撞擊電池
不爆炸、不燃燒、排出物≤5g
4、熱沖擊
把電芯放入高溫箱中，以標準規定的速度升溫，繼續的高溫導致內部隔膜熔化，形成大面積內部短路
前提
升溫速率
上限溫度
時間要求
結果要求
軍工
按標準洋溢電后
電池包在溫度（-40℃±２℃）與（70℃±２℃）之間循環4次,并在各個溫度環境中恒溫2小時，溫度交替移動的時間不大于1min，然后在25℃下保持2小時
不變形、不開裂、不漏液、可正常充放電
輕工標準QB/T2502-2000
按標準洋溢電后
5℃±1℃
130℃
60min
不爆炸、不燃燒
2004科技部863電動車蓄電池
按標準洋溢電后
5±2℃
70±2℃
20min
不漏液、不變形、不爆炸或燃燒
國家標準
GB/T18287-2000
按標準洋溢電后
5℃±2℃
150℃±2℃
30min
不爆炸、不燃燒
UL標準
按標準洋溢電后
5℃±2℃
150℃±2℃
10min
不爆炸、不燃燒
四、要怎么樣采購安全的鋰離子電池
1、選擇使用錳酸鋰材料的電池
2、委托權威部門進行安全性的測試，進行現場考驗
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