32650锂电池安全吗_32650锂电池的安全性分析

2019-08-26      6146 次浏览

32650锂电池简介

锂电池26650,目前主要用来替代传统的镍铬、镍氢电池,用于矿灯、手电筒、电动工具、玩具、仪器仪表、ups后背电源、通讯设备、医疗设备以及特种灯等领域。


其型号的定义法则为:26650型,即指电池的直径为26mm,长度为65mm,圆柱体型的电池。一般用于称呼锂电池,包括锂一次电池和锂离子蓄电池。常见的有用镍钴锰正极材料、磷酸铁锂材料做成的锂电池INR26650-3.6V-4500mAh、IFR26650-3.2V-3200mAh。


26650锂电池的优势

26650锂电池,目前主要用来替代传统的镍铬、镍氢电池,用于矿灯、手电筒、电动工具、玩具、仪器仪表、ups后背电源、通讯设备、医疗设备以及特种灯等领域。其优势,相对于镍铬、镍氢电池而言,主要体现在以下几个方面:


1、能量密度高,自放电率低


26650锂电池的容量是同等质量的镍氢电池的1.5--2倍,同时,国内的26650锂电池内阻小于60mΩ,极大的降低了电池的自耗电,在延长使用时间的同时能够延长电池的使用寿命。


2、充放电性能稳定


26650锂电池没有记忆效应,遇热不分解,安全性能高,寿命循环长。


3、电压高


26650锂电池电压一般都在3.6、3.7V以上,远高于镍铬、镍氢电池。


4、可以串联或者并联使用组合成18650锂电池组


5、环保无污染


26650锂电池充放电原理及过程

26650锂电池之所以能够进行充电放电,是随其正极上的活性锂离子运动而进行的。即:对电池进行充电时,锂电池正极上有活性锂离子生成,运动到负极,嵌入到负极的层状结构当中。负极的材料体系是石墨,是呈层状结构的碳,它有很多微孔,当锂离子运动到负极时,就会嵌入微孔当中,嵌入微孔的锂离子越多,充电容量越高。


同样道理,当电池放电时,嵌入在负极碳层中的锂离子脱出,运动到正极,回到正极的锂离子越多,放电容量就越高。而我们通常所指的26650锂电池的容量大小,即是指放电容量。


圆柱形32650锂电池的安全性分析

动力锂离子电池通常来说是指能够通过大电流放电给设备、器械、车辆等提供动力的锂离子电池。动力锂离子电池具有比能量高、大电流充放电、循环寿命长等特点,已经获得广泛应用。动力锂离子电池根据正极材料的不同分为三元、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等类型;根据外形的不同分为方型电池(prismaTIc),圆柱型电池(cylindrical)等。为提高续航里程,动力锂离子电池通过串并联组合后的能量一般较大,容量从几安时到几百安时不等,电压从十几伏到几百伏不等。随着携带能量的提高,电池潜在危险性也随之增大。因此如何提高动力电池的安全性成为电动汽车持续发展的重要前提。在动力锂电池的发展过程中,一直存在着两个发展方向。一个方向是大单体电池,通过少量并联组合;一个方向是小单体电池,通过大量并联组合。韩国LG,国内BYD为代表的企业走的是大方型路线;美国A123,国内沃特玛为代表的企业走的是小型圆柱路线。这两条路线目前没有定论,不同的动力电池厂家依据自己的理解选择不同的工艺路线。但是在面对安全性这一指标方面,两种工艺路线的结果差别是非常大的。本文从动力电池结构、性能方面,特别是安全性方面进行对比分析,来阐述小型圆柱电池在应用于电动汽车等方面的安全优势。


电池结构、性能对比分析

圆柱形电池和方型电池是目前业界两大主流方向。圆柱型电池的基本结构如图1所示。正负极之间由隔膜分开,通过卷绕形成卷芯。通常正负极极片焊接有正负极极耳并分别通过两侧引出。极耳焊接于正极和负极外壳。电解液加注于壳体内。图2为方型电池结构。方型电池的结构分叠片结构和卷绕结构。叠片式方型锂离子电池由n片正极片和n+1片负极片叠片组成电池芯胞,正负极片之间用隔膜隔开,分别在正、负极片的一侧预留有正、负极耳区,叠成芯胞时正、负极耳分别从芯胞两侧对称伸出。方型电池的卷绕结构和圆柱型电池的卷绕结构类似,其区别是卷心是扁平形状而非圆柱型。由于圆柱型电池和方型电池形状的不同,结构差别较大。一般情况下,圆柱型电池由于卷芯电流密度和散热的限制,容量不能做得太大。方型电池保证厚度适当的前提下,通过增大长、宽可以提高容量。其单体容量一般可以超过圆柱型电池的10倍以上。表1为圆柱型和方型电池的性能对比。可以看出两种电池具有各自的特色。圆柱形电池结构设计简单,正负极界面紧密,生产线成熟,成本低,成组散热好,安全性能优秀。其缺点是内阻相对较高,成组要求高。方型电池的优势是单体容量大组合简单。其缺点是生产工艺复杂,大容量电池单体一致性难控制。另外,方型壳体容易产生应力集中,壳体容易破裂,电解液溅出引发安全隐患。


从全球应用市场来看,大容量方型电池和小容量圆柱型电池在动力领域都有应用。目前磷酸铁锂电池行业的标杆企业,美国A123的主打产品为18650/26650/32113三种型号的圆柱型电池,单体容量分别为2.5Ah-5Ah。


表1圆柱型方型电池性能对比


图1圆柱型电池结构


图2方型电池结构


安全性对比分析1.在极端情况下的安全性对比

动力电池在车辆发生严重事故等极端条件下的安全性是人们最为关心的问题,因为这直接关系到生命财产安全。圆柱电池容量小,通过串并组合达到动力电池组的容量、电压的要求。以目前32650电池为例,电池容量只有5Ah。而大方型电池单体容量一般都超过几十安时,有的达到100Ah以上。在电池出现碰撞、挤压等极端危险情况下,圆柱型小电池其释放的能量要远远小于大方型电池单体。目前沃特玛5Ah电池的电解液只有20克,而大方型电池,如50Ah单体,其电解液量要超过200克。该方型单体电池的电解液量是小型圆柱电池的10倍以上。一旦在事故中某个单体电芯出现漏液,则因电解液泄漏而引起的燃烧程度也会是小型圆柱电池的10倍以上。从这方面来讲,小型圆柱电池的安全性比大电池要好很多。当小型圆柱电池遭到破坏,其燃烧的威力要远远小于大的方型电池。通过对单个电池的分离保护,某一单体电池出现问题,不会波及其他电池。通过将能量分散的方式,使电池的安全性极大提高。


在承受撞击方面,圆柱型电池和方型电池表现差别较大。圆柱型电池相对于方型电池具有较好的抗形变能力,各个方向上受力均匀,形变保持能力是目前所有电芯工艺中最优秀的,配合自主研发的安全组合盖帽,安全性得到了极大的提高。即使在高速冲撞挤压过程中,圆柱形电芯有一定的变形,但也不会起火燃烧。对于方型电池,面积较大的一面容易形变,在高速冲撞挤压过程中,电芯外壳不能很好的保证电芯内部结构,很容易导致内部正负极片的错位短路;对于这种瞬间的冲击,方型电芯无法迅速做出反应。


另外,对于大的方型电芯,由于其侧面面积较大,承受到其他物体撞击的概率要高得多,因此在安全事故中,单体电芯被撞坏而造成短路的可能性要比小的圆柱电芯大很多。而对于小型圆柱电池组合,一旦电池箱受到猛烈撞击,小型圆柱电池首先断开的地方可能是各个单体电芯的铆接点,而由于电芯体积较小,较大的可能性是被撞散,电池组失效。这对提高动力电池组的安全性具有重大意义。因此采用小容量的圆柱型电池组合的电池组在车辆出现事故时,能够提供更长的逃生时间。根据沃特玛的测试,电池在烈火中焚烧,电解液喷出引发剧烈燃烧的时间在10分钟后。


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