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如何解决大容量锂电池的安全性问题


发布时间:2011-9-8 19:13:11  来源:钜大电子锂电事业部 点击次数:

     锂离子电池的安全性问题,并不是外围问题,而是一个基于材料技术的本质问题。
     在材料技术上取得突破:
    1、 选择安全的正极材料,目前的正极有钴酸锂和锰酸锂两种量产的材料产品。钴酸锂在小电芯方面是很成熟的体系,由于钴酸锂在分子结构方面( LiCo )的特点:充满电后,仍旧有大量的锂离子留在正极,当过充时,残留在正极的锂离子将会涌向负极,在负极上形成枝晶是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果,甚至在正常充放电过程中,也有可能会有多余的锂离子游离到负极形成枝晶。所以手机电池频频发生爆炸事件,一方面是由于保护电路失效,但更重要的是在材料方面并没有根本的解决问题。同时钴酸锂的氧化性强,在 175 度时就会分解,壳体泄漏,与空气接触,发生燃烧、爆炸。
    2、 选择锰酸锂材料,在分子结构方面保证了在满电状态,正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中,从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构,使其氧化性能远远低于钴酸锂,分解温度超过钴酸锂 100 度,即使由于外力发生内部短路(针刺),外部短路,过充电时,也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。
    3、 选择热关闭性能好的隔膜,隔膜的作用是在隔离电池正负极的同时,允许锂离子的通过。当温度升高时,在隔膜熔化前进行关闭,从而使内阻上升至 2000 欧姆,让内部反应停止下来。
    4、 防爆阀:当内部压力或温度达到预置的标准时,防爆阀将打开,开始进行卸压,以防止内部气体积累过多,发生形变,最终导致壳体爆裂。
    5、 保护电路:通常保护电路需起到防止过充电,过放电,超大电流的作用。主要原理是通过测量每一只电芯的电压和总电流,控制开关电路进行整个回路的关断,在电路的设计上并没有过高的难度。但保护电路的设计是否合理,可靠性是否足够高,是考验生产厂商的能力。保护电路是基于大约数十个个电阻、电容,开关 MOS 管等电子元器件组成的 PCB 电路,各个元器件都存在失效的可能性。失效的保护电路会出现开路或导通两种状态,当开路时会导致用户不能使用电池组,而导通的状态将会考验电芯抗过充的能力。

 
 
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