负极容量不足
当正极部位对面的负极部位容量不足,或是根本没有容量时,充电时所出现的部分或全部的锂就无法插入负极石墨的间层结构中,会析在负极的表面,形成突起状枝晶。
而下一次充电时,这个突起部分更容易造成锂的析出,经过几十至上百次的循环充放电后,枝晶会长大,最后会刺穿隔膜纸,使内部出现短路。
电芯急剧放电,出现大量的热,烧坏隔膜,而造成更大的短路现象,高温会使电解液分解成气体,负极碳和隔膜纸燃烧,造成内部压力过大,当电芯的外壳无法承受这个压力时,电芯就会爆炸。
电池水份含量过高
水份可以和电芯中的电解液反应,生产气体,充电时,可以和生成的锂反应,生成氧化锂,使电芯的容量损失,易使电芯过充而生成气体,水份的分解电压较低,充电时很容易分解生成气体,当这一系列生成的气体会使电芯的内部压力增大,当电芯的外壳无法承受时,电芯就会爆炸。
内部短路
由于内部出现短路现象,电芯大电流放电,出现大量的热,烧坏隔膜,而造成更大的短路现象,这样电芯就会出现高温,使电解液分解成气体,造成内部压力过大,当电芯的外壳无法承受这个压力时,电芯就会爆炸。
上部胶
激光焊时,热量经壳体传导到正极耳上,使正极耳温度高,假如上部胶纸没有隔开正极耳及隔膜,热的正极耳就会使隔膜纸烧坏或收缩,造成内部短路,而形成爆炸。
高温胶纸包住负极耳
客户在负极耳点焊时,热量传导到负极耳上,假如高温胶纸未贴好,负极耳上的热量就会烧坏隔膜,造成内部短路,形成爆炸。
振动跌落时爆炸
电芯在剧烈振动或跌落时造成的电芯内部极片错位,直接严重短路而爆炸(很少发生)。
锂离子电池芯过充到电压高于4.2V后,会开始出现副用途。过充电压愈高,危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后,正极材料内剩下的锂原子数量不到一半,此时储存格常会垮掉,让电池容量出现永久性的下降。假如继续充电,由于负极的储存格已经装满了锂原子,后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面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。有时在短路发生前电池就先爆炸,这是因为在过充过程,电解液等材料会裂解出现气体,使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂,让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应,进而爆炸。
因此,锂离子电池充电时,一定要设定电压上限,才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。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,部分材料会开始被破坏。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才停止。锂离子电池从3.0V放电到2.4V这段期间,所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此,3.0V是一个理想的放电截止电压。充放电时,除了电压的限制,电流的限制也有其必要。电流过大时,锂离子来不及进入储存格,会聚集于材料表面。
这些锂离子获得电子后,会在材料表面出现锂原子结晶,这与过充相同,会造成危险性。万一电池外壳破裂,就会爆炸。因此,对锂离子电池的保护,至少要包含:充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂离子电池组内,除了锂离子电池芯外,都会有一片保护板,这片保护板重要就是供应这三项保护。但是,保护板的这三项保护显然是不够的,全球锂离子电池爆炸事件还是频传。