电池鼓壳和爆炸的原因分析

一、锂离子电池特性

锂是化学周期表上直径最小也最生动的金属。
体积小以是容量密度高，广受顾客与工程师欢迎。

可是，化学特性太生动，则带来了极高的危险性。
锂金属暴露在空气中时，会与氧气产生发火剧烈的氧化反应而爆破。
为了提高安全性及电压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等资料来贮存锂原子。
这些资料的分子构造，形成了奈米等级的细微贮存格子，可用来贮存锂原子。
这样一来，纵然是电池外壳分裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些细微的贮存格，使得锂原子不会与氧气打仗而避免爆破。
锂离子电池的这种事理，使得人们在取得它高容量密度的一起，也到达安全的目的。

锂离子电池充电时，正极的锂原子会损失电子，氧化为锂离子。
锂离子经由电解液游到负极去，进入负极的贮存格，并取得一个电子，还原为锂原子。
放电时，全体程序倒过来。
为了避免电池的正负极直接碰触而短路，电池内会再加上一种拥有很多细孔的隔阂纸，来避免短路。
好的隔阂纸还能够在电池温度过高时，自动封闭细孔，让锂离子无法穿越，以自废武功，避免危险产生发火。

保护方法

锂电池芯过充到电压高于4．2V后，会开端产生发火副浸染。
过充电压愈高，危险性也随着愈高。
锂电芯电压高于4．2V后，正极资料内剩下的锂原子数量不到一半，此时贮存格常会垮掉，让电池容量产生发火永久性的低落。
如果持续充电，由于负极的贮存格现已装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极资料外表。
这些锂原子会由负极外表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阂纸，使正负极短路。
有时在短路产生发火前电池就先爆破，这是由于在过充过程，电解液等资料会裂解产生发火气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨分裂，让氧气进去与堆积在负极外表的锂原子反应，从而爆破。
因而，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才干够一起兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。
最空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，部分资料会开端被破坏。
又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因而，放电时最好不要放到2．4V才停滞。
锂电池从3．0V放电到2．4V这段期间，所开释的能量只占电池容量的3％旁边。
因而，3．0V是一个空想的放电截止电压。

充放电时，除了电压的约束，电流的约束也有其必要。
电流过大时，锂离子来不及进入贮存格，汇合合于资料外表。
这些锂离子取得电子后，会在资料外表产生发火锂原子结晶，这与过充一样，会形成危险性。
如果电池外壳分裂，就会爆破。

因而，对锂离子电池的保护，至少要包括：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。
一样平常锂电池组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护板，这片保护板紧张便是供给这三项保护。
可是，保护板的这三项保护显然是弗成的，环球锂电池爆破事宜还是频传。
要确保电池体系的安全性，有必要对电池爆破的缘故原由，进行更仔细的阐发。

二、电池爆破缘故原由：

1：内部极化较大！

2：极片吸水，与电解液产生发火反应气鼓。

3：电解液本身的质量，功能问题。

4：注液时候注液量达不到工艺哀求。

5：安装制程中激光焊焊接密封功能差，漏气、测漏气漏测。

6：粉尘，极片粉尘首先易导致微短路，详细缘故原由不知道。

7：正负极片较工艺范围偏厚，入壳难。

8：注液封口问题，钢珠密封功能不好导致气鼓。

9：壳体来料存在壳壁偏厚，壳体变形影响厚度。

三、爆破类型阐发

电池芯爆破的类形可概括为外部短路、内部短路、及过充三种。
此处的外部系指电芯的外部，包括了电池组内部绝缘方案不良等所引起的短路。

当电芯外部产生发火短路，电子组件又未能堵截回路时，电芯内部会产生发火高热，形成部分电解液汽化，将电池外壳撑大。
当电池内部温度高到135摄氏度时，质量好的隔阂纸，会将细孔封闭，电化学反应停滞或近乎停滞，电流骤降，温度也逐渐低落，从而避免了爆破产生发火。
可是，细孔封闭率太差，或是细孔根本不会封闭的隔阂纸，会让电池温度持续升高，更多的电解液汽化，终极将电池外壳撑破，乃至将电池温度提高到使资料燃烧并爆破。

内部短路紧张是由于铜箔与铝箔的毛刺穿破隔阂，或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所形成。
这些细微的针状金属，会形成微短路。
由于，针很细有一定的电阻值，因而，电流不见得会很大。
铜铝箔毛刺系在生产过程形成，可不雅观察到的征象是电池泄电太快，多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来。
并且，由于毛刺细微，有时会被烧断，使得电池又康复正常。
因而，因毛刺微短路引发爆破的机率不高。

这样的说法，能够从各电芯厂内部都常有充电后不久，电压就偏低的不良电池，可是却鲜少产生发火爆破事宜，得到打算上的支撑。
因而，内部短路引发的爆破，紧张还是由于过充形成的。
由于，过充后极片上到处都是针状锂金属结晶，刺穿点到处都是，到处都在产生发火微短路。
因而，电池温度会逐渐升高，终极高温将电解液气体。
这种景象，不论是温度过高使资料燃烧爆破，还是外壳先被撑破，使空气进去与锂金属产生发火剧烈氧化，都是爆破停止。

可是过充引发内部短路形成的这种爆破，并不一定产生发火在充电确当时。
有可能电池温度还未高到让资料燃烧、产生发火的气体也未足以撑破电池外壳时，顾客就停滞充电，带手机出门。
这时很多的微短路所产生发火的热，逐渐的将电池温度提高，经由一段韶光后，才产生发火爆破。
顾客一起的描述都是拿起手机时创造手机很烫，丧失后进就爆破。

综合以上爆破的类型，我们能够将防爆要点放在过充的避免、外部短路的避免、及提高电芯安全性三方面。
其间过充避免及外部短路避免属于电子防护，与电池体系方案及电池组装有较大联系。
电芯安全性提高之要点为化学与机器防护，与电池芯制造厂有较大联系。

四、方案规范

由于环球手机有数亿只，要到达安全，安全防护的失落败率有必要低于一亿分之一。
由于，电路板的故障率一样平常都远高于一亿分之一。
因而，电池体系方案时，有必要有两道以上的安全防地。
常见的缺点方案是用充电器（adaptor）直接去充电池组。
这样将过充的防护重任，彻底交给电池组上的保护板。
只管保护板的故障率不高，可是，纵然故障率低到百万分之一，机率上环球还是每天都会有爆破事件产生发火。

电池体系如能对过充、过放、过电流都分别供给两道安全防护，每道防护的失落败率如果是万分之一，两道防护就能够将失落败率降到一亿分之一。
常见的电池充电体系方块图如下，包括充电器及电池组两大部分。
充电器又包括适配器（Adaptor）及充电掌握器两部分。
适配器将互换电转为直流电，充电掌握器则约束直流电的最大电流及最高电压。
电池组包括保护板及电池芯两大部分，以及一个PTC来限定最大电流。

笔墨方块：适配器互换变直流笔墨方块：充电掌握器限流限压笔墨方块：充电器笔墨方块：保护板过充、过放过流等防护笔墨方块：电池组笔墨方块：限流片笔墨方块：电池芯以手机电池体系为例，过充防护系利用充电器输出电压设定在4．2V旁边，来到达第一层防护，这样就算电池组上的保护板失落效，电池也不会被过充而产生发火危险。
第二道防护是保护板上的过充防护功能，一样平常设定为4．3V。
这样，保护板平常不必卖力堵截充电电流，只有当充电器电压非常偏高时，才需求动作。
过电流防护则是由保护板及限流片来卖力，这也是两道防护，避免过电流及外部短路。
由于过放电只会产生发火在电子产品被利用的过程。
因而，一样平常方案是由该电子产品的线路板来供给第一到防护，电池组上的保护板则供给第二道防护。
当电子产品侦测到供电电压低于3．0V时，该当自动关机。
如果该产品方案时未方案这项功能，则保护板会在电压低到2．4V时，封闭放电回路。

总之，电池体系方案时，有必要对过充、过放、与过电流分别供给两道电子防护。
其间保护板是第二道防护。
把保护板拿掉后充电，如果电池会爆破就代表方案不良。

上述方法只管供给了两道防护，可是由于顾客在充电器坏掉后，常会买非原厂充电器来充电，而充电器业者，根据本钱考虑，常将充电掌握器拿掉，来降落本钱。
结果，劣币驱逐良币，市情上呈现了许多残次充电器。
这使得过充防护失落去了第一道也是最主要的一道防地。
而过充又是形成电池爆破的最主要成分，因而，残次充电器能够称得上是电池爆破事宜的首恶。

当然，并非所有的电池体系都采取如上图的操持。
在有些情形下，电池组内也会有充电掌握器的方案。
例如：许多条记型打算机的外加电池棒，就有充电掌握器。
这是由于条记型打算机一样平常都将充电掌握器做在打算机内，只给顾客一个适配器。
因而，条记型打算机的外加电池组，就有必要有一个充电掌握器，才干确保外加电池组在利用适配器充电时的安全。
其余，利用轿车点烟器充电的产品，有时也会将充电掌握器做在电池组内。

终极的防地

如果电子的防护方法都失落败了，终极的一道防地，就要由电芯来供给了。
电芯的安全层级，可依据电芯能否经由外部短路和过充来大概差异等级。
由于，电池爆破前，如果内部有锂原子堆积在资料外表，爆破威力会更大。
并且，过充的防护常因顾客利用残次充电器而只剩一道防地，因而，电芯抗过充才能比抗外部短路的才能更主要。

铝壳电芯与钢壳电芯安全性比较铝壳相对付钢壳具有很高的安全上风。

来源：第一电动网

作者：HOPPT

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