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高溫環境下聚合物鋰電池容易燃燒或爆炸嗎

鉅大LARGE  |  點擊量:5543次  |  2019年07月30日  

摘要
高溫環境下聚合物鋰電池容易燃燒或爆炸嗎?一般而言,軟包聚合物鋰電池爆炸燃燒很少會因為外部電路故障,這也就意味著絕大多數的鋰電池爆炸燃燒事件,均源于電池內部的設計缺

高溫環境下聚合物鋰電池容易燃燒或爆炸嗎?一般而言,軟包聚合物鋰電池爆炸燃燒很少會因為外部電路故障,這也就意味著絕大多數的鋰電池爆炸燃燒事件,均源于電池內部的設計缺陷。電池行業對于鋰電池熱失控機理仍然研究不夠深入,我們對于電池設計和制造的安全把控還不足。鋰電池安全實現質的提升,最根本還是要依靠材料技術的進步。


高溫環境下聚合物鋰電池容易燃燒或爆炸嗎?


高溫環境下聚合物鋰電池不會爆炸;鋰電池工作溫度-20°C~+50°C。溫度低會影響鋰電池性能,容量變低和內阻變大;溫度正常了,又可以恢復。軟包聚合物鋰電池具有能量密度高、更小型化、超薄化、輕量化,以及高安全性等多種明顯優勢,是一種新型電池。在形狀上,鋰聚合物電池具有超薄化特征,可以配合各種產品的需要,制作成任何形狀與容量的電池。該類電池可以達到的最小厚度可達0.5mm,沒有記憶效應。


軟包聚合物鋰電池是采用軟性包裝和聚合物電解質而制成的一種鋰電池產品,正常情況下的使用、貯存都不會爆炸,除非人為強力破壞導致其短路。當前的聚合物鋰電池多是軟包電池,采用鋁塑膜做外殼,當內部采用有機電解質時,即使液體很熱也不爆炸,因為鋁塑膜聚合物電池采用固態或膠態而無漏液,只是自然破裂。


但是任何事情都不是絕對的,如果瞬間電流足夠大,發生短路,則電池自燃或爆裂并非不可能,手機和平板電腦安全事故的發生多由這種情況引起。為了減少爆炸事故的發生,聚合物鋰電池正在越來越多的場合獲得應用,雖然鋰電池替代其他類型電池還在進程當中,但在鋰電池類型中,聚合物鋰電池已經開始在部分領域取代普通鋰電池。


研究發現,鋰電池儲存電能后處于一種亞穩定狀態,過高的溫度會導致鋰電池發生熱失控。鋰電池在充放電時,特別是充電時,會產生大量的熱能。如果熱量沒有及時排放出去而在電池內部積累,會使溫度不斷升高。當到達臨界點時,亞穩態的電池正負極材料會與電解液發生劇烈的反應,迅速產生大量熱能,發生熱失控。大量的電解液在高溫作用下會汽化并破壞電池殼體,在與空氣接觸后,發生燃燒甚至爆炸。


聚合物鋰電池在什么情況下會發生燃燒或者爆炸呢?


⒈當聚合物鋰電池發生短路時,電池內部形成超高的短路電流,瞬間產生大量的熱,很可能直接發生熱失控導致燃燒爆炸。


⒉新能源車交通事故引起的電池碰撞擠壓和破損,造成鋰電池短路從而引起燃燒。統計表明,電池充電、短路和碰撞,是新能源汽車發生自燃的幾種最主要的場景。


⒊在聚合物鋰電池組中,即使單只電池出現熱失控,小容量電池釋放出的能量也不會導致整個電池組燃燒爆炸。然而小容量電池組成的電池組結構復雜,系統集成效率低,小容量電池必須使用能量密度更高的正負極材料。


⒋軟包鋰電池被嚴重過充,鋰離子電芯的化學系統決定了當電芯被過充電后,電芯內部的LiCoO2變成Co3O4,Co3O4是很強的氧化劑,可與電解質反應產生氣體(O2)。電芯電壓達到接近5V時,隨著電芯內部溫度的升高及氣體壓力作用,大部分電芯會由于內部短路等原因發生燃燒或爆炸。


⒌聚合物鋰電芯被高溫加熱,當電芯被高溫加熱時,電解液會汽化同時還會分解,電芯內部壓力增大,電芯內部的隔離膜可能熔解導致電芯內部短路引起燃燒,同時陰極材料在充滿電時,在一定溫度下,會發生自催化反應,出現燃燒。


解決措施:目前主要采取聚合物鋰電池保護板、PTC、專用充電器及保險絲等方法對電芯進行保護。其中保護板是對電芯的過充、過放及過流進行一級保護,PTC則是在電芯過熱時短路大電流情況下截止電流對電芯進行二級保護,專用充電器則是對電芯的充電電流及電壓進行限制,而保險絲目前使用較少,其主要作用是在電芯電壓或電流出現異常時徹底截斷電芯與外電路的連接,從而確保電芯不會被再次使用,以保證電芯不會出現嚴重的安全事故。


最好的辦法當然是要有鋰電池保護線路板的設計。這雖然會增加鋰電池的制造成本,但對于鋰電池的安全使用是必要的,一切正規的鋰電池生產廠家的產品都免不了這一設計。


總之:提高聚合物鋰電池安全性,最主要的辦法是從改善電池設計和提高制造工藝入手。隨著新能源汽車補貼退坡,車廠不再一味追求續航里程和電池能量密度,轉而更加看重安全性和性價比,更多的鋰電池生產廠家,也不再追求極限的電池設計和工藝過程,這樣是有助于提高聚合物鋰電池安全性的。


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