一般在什么情况下锂电池才会发生爆炸

2018-05-08      11243 次浏览

日常生活中,锂电池几乎随处可见,大到电动汽车,小到电脑主板电池,锂电池已经成为了人们不可或缺的一部分。我们经常会看到一些由于锂电池而引起的各种安全事故,给人印象最深刻的莫过于锂电池产生的爆炸、起火等现象。


1、避免短路及过充。


因为锂电池而引起的安全事故几乎大多数都是由于短路而引起的。我们知道,当电池的正负极在电阻非常小的情况下相互连接的非正常通路,即我们常说的短路时,电池内部会产生非常大的电流和热量,产生的热和过强的电能释放不仅会导致电池寿命严重受损,而且对于使用密闭封装而成的锂电池来说,其内部会产生一定的压力从而导致电池内部压力骤增,并且由于锂离子的化学特性非常活泼,最终会产生外壳爆裂和燃烧的情况出现。由于锂离子电池的化学特性,当我们对电池进行过度充电(过充)操作时,由于锂电池负极无法嵌入更多的锂离子,导致锂离子在负极表面以金属锂析出,造成枝晶锂现象的出现,当枝晶锂生长到一定程度便会刺破隔膜,造成电池内部短路,出现隔离膜破损,同样会出现内部短路的情况,从而引发安全事故。所以,在我们日常使用锂电池时,应尽量避免出现短路或者过充的情况出现,不过对于目前大多数数码产品来说,其内部充电电路都会配备相应的保护IC来避免锂电池的过充现象,当保护电路检测到锂电池已经到达满电状态下,会自动切断充电电路。但是这里仍然不建议将手机或者其他设备长时间的连接在通电状态下的充电器上,毕竟谁都不想用自己的手机或者其他设备乃至人身安全去和一个小小的充电保护芯片打赌。


2、刺穿同样很危险。


相比短路及过充来说,将锂电池刺穿同样是一个非常不明智的做法。如果锂电池被任何硬物刺穿,其内部的锂离子会直接与空气中的氧产生化学反应,同样会出现剧烈燃烧的现象。对于锂电池本身或者其他内部含有锂电池的电子产品来说,通常我们都会看到醒目的垃圾桶标志。如果随意丢弃锂电池不仅会造成环境的污染,而且在垃圾处理过程中也比较容易发生火灾等情况。


3、避免高温及火烤高温或者火烧同样会导致锂电池的爆炸和燃烧的现象出现。


尤其在炎热的夏季或者长时间暴晒的车内,都会导致锂电池所处的环境温度高于其正常存放温度。所以在我们使用内含锂离子电池的设备时,应该尽量避免在过高温度的环境中长时间使用,虽然锂电池在直接使用火烤的情况下,产生爆炸和燃烧的时间相对较长,不过仍然会出现其内部压力骤增的情况,也就是我们常说的鼓包。当我们的手机电池或者其他锂离子电池出现鼓包的情况,应立即切断电源并停止使用,以防止内部压力进一步增加,并更换新电池。


产生电池爆炸一般有以下几种情况:


1.过充爆炸


保护线路失控或检测柜失控使充电电压大于5V,造成电解液分解,电池内部发生剧烈反应,电池内压迅速上升,电池爆炸。


2.过流爆炸


保护线路失控或检测柜失控使充电电流过大造成锂离子来不及嵌入,而在极片表面形成锂金属,穿透隔膜,正负极直接短路造成爆炸(很少发生)。


3.超声波焊塑料外壳时爆炸


超声波焊塑料外壳时,由于设备原因使其超声波能量转移至电池芯上,超声波能量很大使电池内部隔膜熔化,正负极直接短路,产生爆炸。


4.点焊时爆炸


点焊时电流过大造成内部严重短路产生爆炸,另外,点焊时正极连接片直接与负极相联,使正负极直接短路后爆炸。


5.过放爆炸


电池过放电或过流放电(3C以上)容易使负极铜箔溶解沉积到隔膜上使正负极直接短路产生爆炸(很少发生)。


6.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)。


锂电池芯过充到电压高于4.2V后,会开始产生副作用。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,让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电,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产生气体,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,会在材料表面产生锂原子结晶,这与过充一样,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提供这三项保护。但是,保护板的这三项保护显然是不够的,全球锂电池爆炸事件还是频传。要确保电池系统的安全性,必须对电池爆炸的原因,进行更仔细的分析。


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。

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