解析-充電機充電鋰電池發鼓脹氣和爆炸原因分析
2017-8-10 11:18:06??????點擊：
導讀
鋰金屬暴露在空氣中時，會與氧氣產生激烈的氧化反應而爆炸。為了提升安全性及電壓，科學家們發明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。
一、充電機充電鋰電池特性
鋰是化學周期表上直徑最小也最活潑的金屬。體積小所以容量密度高，廣受消費者與工程師歡迎。但是，化學特性太活潑，則帶來了極高的危險性。鋰金屬暴露在空氣中時，會與氧氣產生激烈的氧化反應而爆炸。為了提升安全性及電壓，科學家們發明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結構，形成了奈米等級的細小儲存格子，可用來儲存鋰原子。這樣一來，即使是充電機充電蓄電池外殼破裂，氧氣進入，也會因氧分子太大，進不了這些細小的儲存格，使得鋰原子不會與氧氣接觸而避免爆炸。
充電機充電鋰電池的這種原理，使得人們在獲得它高容量密度的同時，也達到安全的目的。 充電機充電鋰電池充電時，正極的鋰原子會喪失電子，氧化為鋰離子。鋰離子經由電解液游到負極去，進入負極的儲存格，并獲得一個電子，還原為鋰原子。充電機充電鋰電池放電時，整個程序倒過來。為了防止充電機充電蓄電池的正負極直接碰觸而充電機充電鋰電池內部短路，充電機充電蓄電池內會再加上一種擁有眾多細孔的隔膜紙，來防止充電機充電鋰電池內部短路。好的隔膜紙還可以在充電機充電蓄電池溫度過高時，自動關閉細孔，讓鋰離子無法穿越，以自廢武功，防止危險發生。
保護措施： 鋰充電機充電蓄電池電芯過充到電壓高于4.2V后，會開始產生副作用。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓高于4.2V后，正極材料內剩下的鋰原子數量不到一半，此時儲存格常會垮掉，讓充電機充電蓄電池容量產生永久性的下降。如果繼續充電，由于負極的儲存格已經裝滿了鋰原子，后續的鋰金屬會堆積于負極材料表面。這些鋰原子會由負極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結晶。這些鋰金屬結晶會穿過隔膜紙，使正負極充電機充電鋰電池內部短路。有時在充電機充電鋰電池內部短路發生前充電機充電蓄電池就先爆炸，這是因為在過充過程，電解液等材料會裂解產生氣體，使得充電機充電蓄電池外殼或壓力閥鼓漲破裂，讓氧氣進去與堆積在負極表面的鋰原子反應，進而爆炸。
因此，鋰充電機充電蓄電池充電時，一定要設定電壓上限，才可以同時兼顧到充電機充電蓄電池的壽命、容量、和安全性。最理想的充電機充電電壓上限為4.2V。 鋰電芯充電機充電鋰電池放電時也要有電壓下限。當電芯電壓低于2.4V時，部分材料會開始被破壞。又由于充電機充電蓄電池會自充電機充電鋰電池放電，放愈久電壓會愈低，因此，充電機充電鋰電池放電時最好不要放到2.4V才停止。鋰充電機充電蓄電池從3.0V充電機充電鋰電池放電到2.4V這段期間，所釋放的能量只占充電機充電蓄電池容量的3%左右。因此，3.0V是一個理想的充電機充電鋰電池放電截止電壓。 充充電機充電鋰電池放電時，除了電壓的限制，電流的限制也有其必要。電流過大時，鋰離子來不及進入儲存格，會聚集于材料表面。這些鋰離子獲得電子后，會在材料表面產生鋰原子結晶，這與過充一樣，會造成危險性。萬一充電機充電蓄電池外殼破裂，就會爆炸。
因此，對充電機充電鋰電池的保護，至少要包含：充電機充電電壓上限、充電機充電鋰電池放電電壓下限、及電流上限三項。一般鋰充電機充電蓄電池組內，除了鋰充電機充電蓄電池芯外，都會有一片保護板，這片保護板主要就是提供這三項保護。但是，保護板的這三項保護顯然是不夠的，全球鋰充電機充電蓄電池爆炸事件還是頻傳。
要確保充電機充電蓄電池系統的安全性，必須對充電機充電蓄電池爆炸的原因，進行更仔細的分析。
二、充電機充電蓄電池爆炸原因：
1、內部極化較大；
2、極片吸水,與電解液發生反應氣鼓；
3、電解液本身的質量,性能問題；
4、注液時候注液量達不到工藝要求；
5、裝配制程中激光焊焊接密封性能差,漏氣.測漏氣漏測；
6、粉塵,極片粉塵首先易導致微充電機充電鋰電池內部短路,具體原因未知；
7、正負極片較工藝范圍偏厚,入殼難；
8、注液封口問題,鋼珠密封性能不好導致氣鼓；
9、殼體來料存在殼壁偏厚,殼體變形影響厚度；
三、爆炸類型分析
充電機充電蓄電池芯爆炸的類形可歸納為外部充電機充電鋰電池內部短路、內部充電機充電鋰電池內部短路、及過充三種。
此處的外部系指電芯的外部，包含了充電機充電蓄電池組內部絕緣設計不良等所引起的充電機充電鋰電池內部短路。 當電芯外部發生充電機充電鋰電池內部短路，電子組件又未能切斷回路時，電芯內部會產生高熱，造成部分電解液汽化，將充電機充電蓄電池外殼撐大。當充電機充電蓄電池內部溫度高到135攝氏度時，質量好的隔膜紙，會將細孔關閉，電化學反應終止或近乎終止，電流驟降，溫度也慢慢下降，進而避免了爆炸發生。但是，細孔關閉率太差，或是細孔根本不會關閉的隔膜紙，會讓充電機充電蓄電池溫度繼續升高，更多的電解液汽化，最后將充電機充電蓄電池外殼撐破，甚至將充電機充電蓄電池溫度提高到使材料燃燒并爆炸。
內部充電機充電鋰電池內部短路主要是因為銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜，或是鋰原子的樹枝狀結晶穿破膈膜所造成。這些細小的針狀金屬，會造成微充電機充電鋰電池內部短路。由于，針很細有一定的電阻值，因此，電流不見得會很大。銅鋁箔毛刺系在生產過程造成，可觀察到的現象是充電機充電蓄電池漏電太快，多數可被電芯廠或是組裝廠篩檢出來。而且，由于毛刺細小，有時會被燒斷，使得充電機充電蓄電池又恢復正常。因此，因毛刺微充電機充電鋰電池內部短路引發爆炸的機率不高。這樣的說法，可以從各電芯廠內部都常有充電后不久，電壓就偏低的不良充電機充電蓄電池，但是卻鮮少發生爆炸事件，得到統計上的支持。因此，內部充電機充電鋰電池內部短路引發的爆炸，主要還是因為過充造成的。因為，過充后極片上到處都是針狀鋰金屬結晶，刺穿點到處都是，到處都在發生微充電機充電鋰電池內部短路。因此，充電機充電蓄電池溫度會逐漸升高，最后高溫將電解液氣體。這種情形，不論是溫度過高使材料燃燒爆炸，還是外殼先被撐破，使空氣進去與鋰金屬發生激烈氧化，都是爆炸收場。
但是過充引發內部充電機充電鋰電池內部短路造成的這種爆炸，并不一定發生在充電的當時。有可能充電機充電蓄電池溫度還未高到讓材料燃燒、產生的氣體也未足以撐破充電機充電蓄電池外殼時，消費者就終止充電，帶電子設備出門。這時眾多的微充電機充電鋰電池內部短路所產生的熱，慢慢的將充電機充電蓄電池溫度提高，經過一段時間后，才發生爆炸。消費者共同的描述都是拿起電子設備時發現電子設備很燙，扔掉后就爆炸。
綜合以上爆炸的類型，我們可以將防爆重點放在過充的防止、外部充電機充電鋰電池內部短路的防止、及提升電芯安全性三方面。其中過充防止及外部充電機充電鋰電池內部短路防止屬于電子防護，與充電機充電蓄電池系統設計及充電機充電蓄電池組裝有較大關系。電芯安全性提升之重點為化學與機械防護，與充電機充電蓄電池芯制造廠有較大關系。
四、安全的鋰充電機充電蓄電池內部結構設計
因鋰充電機充電蓄電池引起電子設備爆炸的恐慌心理總是讓人們在事情過去后還心有余悸，包括戴爾、蘋果這樣的全球品牌也有過類似的尷尬情況。這使人們不得不考慮一個問題：鋰充電機充電蓄電池的爆炸是不可避免的的嗎？
電子設備、筆記本等所用的是充電機充電鋰電池，所謂充電機充電鋰電池就是靠鋰離子在正負極間的運動來實現電量供應和釋放的裝置，它要求鋰離子在正負極間進行穿梭運動時不能附加其它影響因素，即干凈地運動。從理論上來說，這種設計是完全可以實現的，但在實踐過程中，由于充電機充電鋰電池是敏感性極強的產品，任何一點異常的情況都可能導致充電機充電蓄電池出現問題。
所有的鋰充電機充電蓄電池爆炸都是由充電機充電鋰電池內部短路引起的，引起充電機充電鋰電池內部短路的現象有過充、過放、過流、過熱，它們是通過鋰充電機充電蓄電池內部結構而形成充電機充電蓄電池充電機充電鋰電池內部短路的，所謂內因決定外因的意思，鋰充電機充電蓄電池結構本身是一個工藝制造過程，而工藝制造過程是難以100%避免瑕疵存在的。
鋰離子逗留的正負極應該潔凈，穿梭其間的電解液、隔膜也應無雜質，但在制造過程中，電解液與隔膜難以完全避免沾著金屬粉塵、銅箔或者鋁箔等碎片。當人們使用不當(過充、過放、過流)或者把鋰充電機充電蓄電池置于極端環境(過高溫度)下，鋰充電機充電蓄電池就會過熱，碎片在常溫下的安靜狀態被打破，從而會在一個較熱的電解液空間中進行熱運動。下一步，如果碎片接近了隔膜，熱的碎片將影響隔膜的隔離作用，也就造成充電機充電鋰電池內部短路。
可見，充電機充電鋰電池內部短路是由于兩個原因引起的：一是充電機充電蓄電池體內有雜質，二是雜質會運動，二者的中介是發熱，因此，充電機充電鋰電池內部短路必然有發熱伴隨，而發熱并不必然充電機充電鋰電池內部短路。第三步，充電機充電鋰電池內部短路會迸發火花，而電解液是易燃液體，火花在一個密閉的空間中就會引發充電機充電蓄電池的燃燒和爆炸，這一點很容易理解。因此，現在有一種聚合物鋰充電機充電蓄電池以膠體電解質代替液體電解質，可以降低充電機充電鋰電池內部短路的概率。但也不能完全避免。
一旦充電機充電蓄電池發生充電機充電鋰電池內部短路，視充電機充電蓄電池結構和溫度高低程度的不同，一般來說，充電機充電蓄電池體會出現漏液、燃燒和爆炸三種情況，而燃燒引發的安全問題最為嚴重。
- 上一篇：充電機充電電池的高能金屬鋰離子蓄電池的研究方向 2017/8/11
- 下一篇：充電機充電蓄電池技術重要性解析 2017/8/10
