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    北京快3快速开奖结果:锂电池发鼓胀气和爆炸原因分析

    作者:天神  来源:本站原创  发布时间:2013年06月11日

    玩时时彩输了好惨 www.pmhm.net 一、锂离子电池特性锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高,广受消费者与工程师欢迎。但是,化学特性太活泼,则带来了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时,会与氧气产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电压,科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构,形成了纳米等级的细小储存格子,可用来储存锂原子。这样一来,即使是电池外壳破裂,氧气进入,也会因氧分子太大,进不了这些细小的储存格,使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。锂离子电池的这种原理,使得人们在获得它高容量密度的同时,也达到安全的目的。锂离子电池充电时,正极的锂原子会丧失电子,氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去,进入负极的储存格,并获得一个电子,还原为锂原子。放电时,整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触而短路,电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸,来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时,自动关闭细孔,让锂离子无法穿越,以自废武功,防止危险发生。?;ご胧猴绯氐缧竟涞降缪垢哂?span lang="EN-US">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?;峥宓?,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?;?,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?;ぐ?,这片?;ぐ逯饕褪翘峁┱馊畋;?。但是,?;ぐ宓恼馊畋;は匀皇遣还坏?,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。

    二、电池爆炸原因:

    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、装配制程中激光焊焊接密封性能差,漏气.测漏气漏测;

    6、粉尘,极片粉尘首先易导致微短路,具体原因未知;

    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;

    三、爆炸类型分析电池芯爆炸的类形可归纳为外部短路、内部短路、及过充三种。此处的外部系指电芯的外部,包含了电池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。当电芯外部发生短路,电子组件又未能切断回路时,电芯内部会产生高热,造成部分电解液汽化,将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时,质量好的隔膜纸,会将细孔关闭,电化学反应终止或近乎终止,电流骤降,温度也慢慢下降,进而避免了爆炸发生。但是,细孔关闭率太差,或是细孔根本不会关闭的隔膜纸,会让电池温度继续升高,更多的电解液汽化,最后将电池外壳撑破,甚至将电池温度提高到使材料燃烧并爆炸。内部短路主要是因为铜箔与铝箔的毛刺穿破隔膜,或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所造成。这些细小的针状金属,会造成微短路。由于,针很细有一定的电阻值,因此,电流不见得会很大。铜铝箔毛刺系在生产过程造成,可观察到的现象是电池漏电太快,多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来。而且,由于毛刺细小,有时会被烧断,使得电池又恢复正常。因此,因毛刺微短路引发爆炸的机率不高。这样的说法,可以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,但是却鲜少发生爆炸事件,得到统计上的支持。因此,内部短路引发的爆炸,主要还是因为过充造成的。因为,过充后极片上到处都是针状锂金属结晶,刺穿点到处都是,到处都在发生微短路。因此,电池温度会逐渐升高,最后高温将电解液气体。这种情形,不论是温度过高使材料燃烧爆炸,还是外壳先被撑破,使空气进去与锂金属发生激烈氧化,都是爆炸收场。但是过充引发内部短路造成的这种爆炸,并不一定发生在充电的当时。有可能电池温度还未高到让材料燃烧、产生的气体也未足以撑破电池外壳时,消费者就终止充电,带手机出门。这时众多的微短路所产生的热,慢慢的将电池温度提高,经过一段时间后,才发生爆炸。消费者共同的描述都是拿起手机时发现手机很烫,扔掉后就爆炸。综合以上爆炸的类型,我们可以将防爆重点放在过充的防止、外部短路的防止、及提升电芯安全性三方面。其中过充防止及外部短路防止属于电子防护,与电池系统设计及电池组装有较大关系。电芯安全性提升之重点为化学与机械防护,与电池芯制造厂有较大关系。

    四、设计规范由于全球手机有数亿只,要达到安全,安全防护的失败率必须低于一亿分之一。由于,电路板的故障率一般都远高于一亿分之一。因此,电池系统设计时,必须有两道以上的安全防线。常见的错误设计是用充电器(adaptor)直接去充电池组。这样将过充的防护重任,完全交给电池组上的?;ぐ?。虽然?;ぐ宓墓收下什桓?,但是,即使故障率低到百万分之一,机率上全球还是天天都会有爆炸事故发生。电池系统如能对过充、过放、过电流都分别提供两道安全防护,每道防护的失败率如果是万分之一,两道防护就可以将失败率降到一亿分之一。常见的电池充电系统方块图如下,包含充电器及电池组两大部分。充电器又包含适配器(Adaptor)及充电控制器两部分。适配器将交流电转为直流电,充电控制器则限制直流电的最大电流及最高电压。电池组包含?;ぐ寮暗绯匦玖酱蟛糠?,以及一个PTC来限定最大电流。

    五、文字方块:适配器交流变直流文字方块:充电控制器限流限压文字方块:充电器文字方块:?;ぐ骞?、过放过流等防护文字方块:电池组文字方块:限流片文字方块:电池芯以手机电池系统为例,过充防护系利用充电器输出电压设定在4.2V左右,来达到第一层防护,这样就算电池组上的?;ぐ迨?,电池也不会被过充而发生危险。第二道防护是?;ぐ迳系墓浞阑すδ?,一般设定为4.3V。这样,?;ぐ迤匠2槐馗涸鹎卸铣涞绲缌?,只有当充电器电压异常偏高时,才需要动作。过电流防护则是由?;ぐ寮跋蘖髌锤涸?,这也是两道防护,防止过电流及外部短路。由于过放电只会发生在电子产品被使用的过程。因此,一般设计是由该电子产品的线路板来提供第一到防护,电池组上的?;ぐ逶蛱峁┑诙婪阑?。当电子产品侦测到供电电压低于3.0V时,应该自动关机。如果该产品设计时未设计这项功能,则?;ぐ寤嵩诘缪沟偷?span lang="EN-US">2.4V时,关闭放电回路。

    总之,电池系统设计时,必须对过充、过放、与过电流分别提供两道电子防护。其中?;ぐ迨堑诙婪阑?。把?;ぐ迥玫艉蟪涞?,如果电池会爆炸就代表设计不良。

    上述方法虽然提供了两道防护,但是由于消费者在充电器坏掉后,?;崧蚍窃С涞缙骼闯涞?,而充电器业者,基于成本考虑,常将充电控制器拿掉,来降低成本。结果,劣币驱逐良币,市面上出现了许多劣质充电器。这使得过充防护失去了第一道也是最重要的一道防线。而过充又是造成电池爆炸的最重要因素,因此,劣质充电器可以称得上是电池爆炸事件的元凶。

    当然,并非所有的电池系统都采用如上图的方案。在有些情况下,电池组内也会有充电控制器的设计。例如:许多笔记型计算机的外加电池棒,就有充电控制器。这是因为笔记型计算机一般都将充电控制器做在计算机内,只给消费者一个适配器。因此,笔记型计算机的外加电池组,就必须有一个充电控制器,才能确保外加电池组在使用适配器充电时的安全。另外,使用汽车点烟器充电的产品,有时也会将充电控制器做在电池组内。最后的防线如果电子的防护措施都失败了,最后的一道防线,就要由电芯来提供了。电芯的安全层级,可依据电芯能否通过外部短路和过充来大略区分等级。由于,电池爆炸前,如果内部有锂原子堆积在材料表面,爆炸威力会更大。而且,过充的防护常因消费者使用劣质充电器而只剩一道防线,因此,电芯抗过充能力比抗外部短路的能力更重要。

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