鋰電池爆炸原因分析

鋰電池已經(jīng)成為了人們不可或缺的一部分，我們經(jīng)常會看到一些由于鋰電池而引起的各種安全事故，給人印象最深刻的莫過于鋰電池產(chǎn)生的爆炸、起火等現(xiàn)象。

1、避免短路及過充

因為鋰電池而引起的安全事故幾乎大多數(shù)都是由于短路而引起的。我們知道，當(dāng)電池的正負(fù)極在電阻非常小的情況下相互連接的非正常通路，即我們常說的短路時，電池內(nèi)部會產(chǎn)生非常大的電流和熱量，產(chǎn)生的熱和過強(qiáng)的電能釋放不僅會導(dǎo)致電池壽命嚴(yán)重受損，而且對于使用密閉封裝而成的鋰電池來說，其內(nèi)部會產(chǎn)生一定的壓力從而導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力驟增，并且由于鋰離子的化學(xué)特性非?；顫?，最終會產(chǎn)生外殼爆裂和燃燒的情況出現(xiàn)。

由于鋰離子電池的化學(xué)特性，當(dāng)我們對電池進(jìn)行過度充電（過充）操作時， 由于鋰電池負(fù)極無法嵌入更多的鋰離子，導(dǎo)致鋰離子在負(fù)極表面以金屬鋰析出， 造成枝晶鋰現(xiàn)象的出現(xiàn)，當(dāng)枝晶鋰生長到一定程度便會刺破隔膜，造成電池內(nèi)部短路，出現(xiàn)隔離膜破損，同樣會出現(xiàn)內(nèi)部短路的情況，從而引發(fā)安全事故。

所以，在我們?nèi)粘Ｊ褂娩囯姵貢r，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)短路或者過充的情況出現(xiàn)，不過對于目前大多數(shù)數(shù)碼產(chǎn)品來說，**其內(nèi)部充電電路都會配備相應(yīng)的保護(hù)IC來避免鋰電池的過充現(xiàn)象，當(dāng)保護(hù)電路檢測到鋰電池已經(jīng)到達(dá)滿電狀態(tài)下，會自動切斷充電電路。**但是這里仍然不建議將手機(jī)或者其他設(shè)備長時間的連接在通電狀態(tài)下的充電器上，畢竟誰都不想用自己的手機(jī)或者其他設(shè)備乃至人身安全去和一個小小的充電保護(hù)芯片打賭。

2、刺穿同樣很危險

相比短路及過充來說，將鋰電池刺穿同樣是一個非常不明智的做法。如果鋰電池被任何硬物刺穿，其內(nèi)部的鋰離子會直接與空氣中的氧產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，同樣會出現(xiàn)劇烈燃燒的現(xiàn)象。

對于鋰電池本身或者其他內(nèi)部含有鋰電池的電子產(chǎn)品來說，通常我們都會看到醒目的垃圾桶標(biāo)志。如果隨意丟棄鋰電池不僅會造成環(huán)境的污染，而且在垃圾處理過程中也比較容易發(fā)生火災(zāi)等情況。

3、避免高溫及火烤高溫或者火燒同樣會導(dǎo)致鋰電池的爆炸和燃燒的現(xiàn)象

尤其在炎熱的夏季或者長時間暴曬的車內(nèi)，都會導(dǎo)致鋰電池所處的環(huán)境溫度高于其正常存放溫度。所以在我們使用內(nèi)含鋰離子電池的設(shè)備時，應(yīng)該盡量避免在過高溫度的環(huán)境中長時間使用，雖然鋰電池在直接使用火烤的情況下，產(chǎn)生爆炸和燃燒的時間相對較長，不過仍然會出現(xiàn)其內(nèi)部壓力驟增的情況，也就是我們常說的鼓包。

當(dāng)我們的手機(jī)電池或者其他鋰離子電池出現(xiàn)鼓包的情況，應(yīng)立即切斷電源并停止使用，以防止內(nèi)部壓力進(jìn)一步增加，并更換新電池。

總結(jié)鋰電池生產(chǎn)和使用中產(chǎn)生爆炸的一些情況：

1．過充爆炸

保護(hù)線路失控或檢測柜失控使充電電壓大于5V，造成電解液分解，電池內(nèi)部發(fā)生劇烈反應(yīng)，電池內(nèi)壓迅速上升，電池爆炸。

2．過流爆炸

保護(hù)線路失控或檢測柜失控使充電電流過大造成鋰離子來不及嵌入，而在極片表面形成鋰金屬，穿透隔膜，正負(fù)極直接短路造成爆炸（很少發(fā)生）。

3．超聲波焊塑料外殼時爆炸

超聲波焊塑料外殼時，由于設(shè)備原因使其超聲波能量轉(zhuǎn)移至電池芯上，超聲波能量很大使電池內(nèi)部隔膜熔化，正負(fù)極直接短路，產(chǎn)生爆炸。

4．點焊時爆炸

點焊時電流過大造成內(nèi)部嚴(yán)重短路產(chǎn)生爆炸，另外，點焊時正極連接片直接與負(fù)極相聯(lián)，使正負(fù)極直接短路后爆炸。

5．過放爆炸

電池過放電或過流放電（3C以上）容易使負(fù)極銅箔溶解沉積到隔膜上使正負(fù)極直接短路產(chǎn)生爆炸（很少發(fā)生）。

6．振動跌落時爆炸

電芯在劇烈振動或跌落時造成的電芯內(nèi)部極片錯位，直接嚴(yán)重短路而爆炸（很少發(fā)生）。

鋰電池芯過充到電壓高于4.2V后，會開始產(chǎn)生副作用。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓高于4.2V后，正極材料內(nèi)剩下的鋰原子數(shù)量不到一半，此時儲存格常會垮掉，讓電池容量產(chǎn)生永久性的下降。如果繼續(xù)充電，由于負(fù)極的儲存格已經(jīng)裝滿了鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會堆積于負(fù)極材料表面。這些鋰原子會由負(fù)極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結(jié)晶。

這些鋰金屬結(jié)晶會穿過隔膜紙，使正負(fù)極短路。有時在短路發(fā)生前電池就先爆炸，這是因為在過充過程，電解液等材料會裂解產(chǎn)生氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破裂，讓氧氣進(jìn)去與堆積在負(fù)極表面的鋰原子反應(yīng)，進(jìn)而爆炸。

因此，鋰電池充電時，一定要設(shè)定電壓上限，才可以同時兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。最理想的充電電壓上限為4.2V。 鋰電芯放電時也要有電壓下限。當(dāng)電芯電壓低于2.4V時，部分材料會開始被破壞。又由于電池會自放電，放愈久電壓會愈低，因此，放電時最好不要放到2.4V才停止。鋰電池從3.0V放電到2.4V這段期間，所釋放的能量只占電池容量的3%左右。因此，3.0V是一個理想的放電截止電壓。充放電時，除了電壓的限制，電流的限制也有其必要。電流過大時，鋰離子來不及進(jìn)入儲存格，會聚集于材料表面。

這些鋰離子獲得電子后，會在材料表面產(chǎn)生鋰原子結(jié)晶，這與過充一樣，會造成危險性。萬一電池外殼破裂，就會爆炸。因此，對鋰離子電池的保護(hù)，至少要包含：充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項。一般鋰電池組內(nèi)，除了鋰電池芯外，都會有一片保護(hù)板，這片保護(hù)板主要就是提供這三項保護(hù)。但是，保護(hù)板的這三項保護(hù)顯然是不夠的，全球鋰電池爆炸事件還是頻傳。

對電池爆炸的原因，進(jìn)行更仔細(xì)的分析，列舉一些：

1、內(nèi)部極化較大；

2、極片吸水，與電解液發(fā)生反應(yīng)氣鼓；

3、電解液本身的質(zhì)量、性能問題；

4、注液時候注液量達(dá)不到工藝要求；

5、裝配制程中激光焊接密封性能差，測漏氣時漏氣；

6、粉塵、極片粉塵首先易導(dǎo)致微短路；

7、正負(fù)極片較工藝范圍偏厚，入殼難；

8、注液封口問題，鋼珠密封性能不好導(dǎo)致氣鼓；

9、殼體來料存在殼壁偏厚，殼體變形影響厚度；

10、外面環(huán)境溫度過高也是導(dǎo)致爆炸的主要原因。