锂离子可充电电池的多重保护机制

2020-11-28 11:23:49 深圳市创新易电子科技有限公司

由于错误使用会减少寿命,甚至可能导致爆炸,所以,锂离子可充电电池设计时增加了多种保护机制。


保护电路


防止过充、过放、过载、过热。


排气孔


因其具有防爆炸功能,电池界业内人士也称为防爆孔或防爆线。原理十分简单,在壳体表面划出一条比壳体表面厚度稍微薄一点的线或孔,当电芯短路时,电池内部短时间内将产生大量气体并迅速增大压强,当压力过载时,因防爆孔薄于壳体其余地方,气体便从防爆孔处泄出,从而达到避免电芯整体爆炸的危险。


隔膜


隔离电芯正、负极片,以防止卷芯内部正、负极片直接接触造成短路;从微观角度看,隔膜表面为网状结构,通常有PP、PE之分,也有PE、PP复合在一起的。


区分隔膜通常按厚度、宽度进行划分,铝壳锂离子电池使用的隔膜厚度通常为16um、18um、20um等,动力电池使用的隔膜厚度以30um以上为主流。


若按形状区分则有卷状、条状之分。卷状隔膜就是将裁剪好宽度的隔膜卷在一个纸筒上,供客户自行裁剪隔膜单条长度(形状与透明胶相似)。条状隔膜则由供应商按客户提供的长、宽、厚等参数,直接裁剪好成条状的隔膜。卷状隔膜的优点在于通用性强,但需增加人力进行裁剪,条状隔膜优点在于无需人力裁剪即可使用,但是通用性不强。


隔膜在电池内部温度过高时还能融化,以防止电池爆炸。当电池内部温度达到130℃(锂离子电池国家标准gb18287-2000)以上时,隔膜的网状孔将闭合,阻止锂离子通过升高内阻(至2kΩ),以达到阻止电芯内部温度继续升高的作用,从而保护电芯产生爆炸的危险。


排气孔、隔膜一旦激活,电池将永久失效。


锂电池鼓壳


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,形成了奈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。


锂离子可充电电池的这种原理,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。

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