近兩年,由於鋰電池續航能力強,循環次數高等的綜合優勢而備受青睞,因為備受關註,鋰電池的一些負面消息也會被放大。新事物的發展皆遵循一定的規律,鋰電池在市場選擇和不斷發展中改進,鋰電池安全問題也是大傢最為關註的問題之一,同樣是新能源行業最為重視亟待解決的關鍵點。
央視新聞報道電動車起火事故頻發
新聞多次報道鋰電池爆炸的事故,引起人們的重視,許多小區也在公告處張貼如何正確為電動車充電。提到鋰電池安全問題,很多人考慮的是鋰電池爆炸、自燃等嚴重現象,但人們忽視瞭一點導致爆炸自然現象的原因是否可避免。例如,操作不當,在國標《GBT31485-2015電動汽車用動力蓄電池安全要求及實驗方法》中規定,有過放、過沖、外短路、擠壓、跌落等操作不當的行為導致的安全隱患,不能錯誤認為鋰電池容易爆炸,在鋰電池儲存不當,發生漏液、起火、爆炸等現象屬於不當使用鋰電池所致。
f6b262f0c30fe192576db6ab754f064c電動車在樓梯處充電不當操作
鋰離子電池的安全問題主要表現
起火,直接燒傷人體,或對電池供電的電子產品造成著火危險;
爆炸,直接危害人體,或損毀設備,並產生嚴重次生危害;
過熱,直接對人體引起灼傷,或導致絕緣等級下降和安全元器件性能降低,或引燃可燃液體;
漏液,可能會直接被人體接觸或吸人構成化學腐蝕危害,或導致電池供電的電子產品內部絕緣失效間接造成電擊、著火等危險;
電擊,對於輸出電壓超過安全電壓限值的電池組,還可能引發電擊危險。
鋰電池因失效產生的爆炸事故
鋰離子電池失效產生途徑
1、第一種途徑:內部短路造成的過熱著火;
主要與鋰離子電池的內部短路有關。鋰離子電池的內部短路是其安全問題的最重要誘因,大部分的安全問題都是由於內部短路引起的。內部短路是電池內的正負極短路,一般是由生產過程中混入的金屬雜質、電極金屬箔在剪切時造成的毛刺、使用過程中形成鋰枝晶以及受到擠壓等意外機械應力引起。內部短路時會產生大量的熱,從而引起安全問題。
2、第二種途徑:過充過放外部短路等造成的著火爆炸;
為瞭對鋰離子進行充放電管理及安全保護,在使用電池的宿主設備或適配器中需要設計充放電管理電路,在部分設備內還有放電的負載電路。
3、第三種途徑:誤用和濫用導致的著火爆炸;
為瞭對鋰離子電池進行保護,在封裝過程中需要在電池組中加入保護電路板。這些電池組內部的或外部的電路都有可能出現故障,進而引起電池的過壓充電、過度充電、過度放電、外部短路、過載等電應力條件,這些條件也可能會導致過熱、著火、爆炸等危險。
在電應力條件中,過壓充電和過度充電會產生劇烈的副反應,產生大量的熱,從而導致熱失控;過度放電會導致電池的電壓低於廠商規定的放電截止電壓,此時的副反應主要為電解液的分解,產生大量的氣體導致外殼鼓脹破裂引發漏液;外部短路和過載則會使放電電流變大,從而使電池內部溫度或者外部導體的溫度劇增,引發熱失控。
4、第四種途徑:外殼破裂導致的漏液;
主要與電池外殼破裂有關。引起外殼破裂的誘因包括內部和外部應力。內部應力是指過度放電等副反應造成的內外壓差;外部應力是指運輸、使用過程中的正常的或者意外的機械應力,如振動、加速度沖擊、跌落等造成的外殼破裂。外殼破裂會使內部的電解液泄漏,從而引起危險。
5、第五種途徑:過壓充電,欠壓放電,內置電阻電壓容量一致性差,導致爆炸;
要與一致性有關。在由多節電池(電芯)通過串聯、並聯以及串並混聯構成的電池組中,電池之間的內阻、開路電壓、容量的一致性會造成對電池組內部的某一電池或電池並聯塊的過壓充電、欠壓放電等,從而引起安全問題。
電動車不當充電操作
鋰電池失效的原因
鋰離子電池失效起鼓,首先可以分析,造成電池起鼓的直接原因是由於電解液的分解,在密封的電池內部產生瞭氣體,造成電池鼓脹。造成電解液分解的原因有很多,所有可能的因素如圖4所示,顯然電解液受熱分解是最主要的可能原因。
使電解液受熱分解的高溫,可能來自於電池過載、外部短路、高溫以及電池的內部短路。如果失效前的場景應用能夠排除前面三項目,則最可能的原因是電池內部短路。
f39122fbe55c13c30b5fc96a3d8b4233鋰電池發生鼓包現象
鋰電池鼓脹原因推導
造成電池內部短路同樣有鋰枝晶、毛刺和金屬雜質等幾種可能。需要對其可能性與成因進行進一步分析。以鋰枝晶析出為例,鋰枝晶的析出直接原因可能是電池材料不良所致,也有可能是負極析鋰後,鋰金屬沿著隔膜空隙生長,接觸正極便形成瞭鋰枝晶。負極析鋰的原因可能包括充電倍率過高,或者在過低溫度下的充電。即電池充電溫度、電流管理不當,這種不恰當是由於保護電路問題(沒有設計或者設計不當)、系統充電電路問題(故障或者設計不當)以及用戶使用環境問題綜合造成的。
3c7ddcabac44f05a283a020f3fc79b41鋰電池已經得到普及
正確使用鋰電池方法
1、如何為新電池充電
在使用鋰電池中應註意的是,電池放置一段時間後則進入休眠狀態,此時容量低於正常值,使用時間亦隨之縮短。但鋰電池很容易激活,隻要經過3-5次正常的充放電循環就可激活電池,恢復正常容量。由於鋰電池本身的特性,決定瞭它幾乎沒有記憶效應。因此用戶手機中的新鋰電池在激活過程中,是不需要特別的方法和設備的。
對於鋰電池的“激活”問題,眾多的說法是:充電時間一定要超過12小時,反復做三次,以便激活電池。這種“前三次充電要充12小時以上”的說法,隻適用於鎳電池(如鎳鎘和鎳氫)。鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區別,鋰電池過充和過放電會對鋰電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標準時間和標準方法充電,特別是不要進行超過12個小時的超長充電(充電器顯示充滿即可)。
此外,鋰電池或充電器在電池充滿後都會自動停充,並不存在鎳電充電器所謂的持續10幾小時的“涓流”充電。也就是說,鋰電池在充滿後,放在充電器上也是白充。然而,無法保證電池的充放電保護電路的特性永不變化和質量的萬無一失,所以,鋰電池將長期處在危險的邊緣徘徊。這也是我們反對長充電的另一個理由。
最後,不可忽視的另外一個方面就是鋰電池同樣也不適合過放電,過放電對鋰電池同樣也很不利。
2、正常使用中應該何時開始充電
經常可以見到這種說法,因為充放電的次數是有限的,所以應該將手機電池的電盡可能用光再充電,其實鋰電池的壽命與這無關。可充電次數和放電深度有關,10%放電深度時的循環壽命要比100%放電深度的要長很多。在正常情況下,應該有保留地按照電池剩餘電量用完再充的原則充電,假如電池在預計第2天不能堅持整個白天的時候,就應該及時開始充電。
電池剩餘電量用完再充的原則,並不是要真是使用完。和長充電一樣流傳甚廣的一個說法,就是“盡量把電池的電量用完”。這種做法其實隻是鎳電池上的做法,目的是避免記憶效應發生,不幸的是它也在鋰電池上流傳。曾經有人因為手機電池電量過低的警告出現後,仍然不充電繼續使用一直用到自動關機的例子。結果這個例子中的手機在後來的充電及開機中均無反應,不得不送客服檢修。這其實就是由於電池因過度放電而導致電壓過低,以至於不具備正常的充電和開機條件造成的。
手機鋰離子電池不要充得太滿也不要用到沒電,電池沒用完電就充電,不會對電池造成傷害,充電以2-3小時以內為宜,不一定非要充滿。但應該每隔3-4個月左右,對鋰電池進行1-2次完全的充滿電(正常充電時間)和放完電。
3、長期不用的鋰電池,應該存放在陰涼偏幹燥的地方
以半電狀態(滿電電量的70--80%,假如你的手機滿電時顯示4格,那麼3格即可)最好,滿電存放有危險且電池會有損害,無電存放電池會被破壞。每隔3-6個月,檢查一次是否要補充電。
4、鋰離子電池分類不同安全性不同
按電解液分可以分成液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池,聚合物鋰離子電池的電解液是膠體,不會流動,所以不存在泄漏問題,更加安全。
鋰電池的保存
鋰原電池自放電很低,可保存3年之久,在冷藏的條件下保存,效果會更好。將鋰原電池存放在低溫的地方,不失是一個好方法。
鋰離子電池在20℃下可儲存半年以上,這是由於它的自放電率很低,而且大部分容量可以恢復。
鋰電池存在的自放電現象,如果電池電壓在3.6V以下長時間保存,會導致電池過放電而破壞電池內部結構,減少電池壽命。因此長期保存的鋰電池應當每3~6個月補電一次,即充電到電壓為3.8~3.9V(鋰電池最佳儲存電壓為3.85V左右)為宜,不宜充滿。
鋰電池的應用溫度范圍很廣,在北方的冬天室外,仍然可以使用,但容量會降低很多,如果回到室溫的條件下,容量又可以恢復。
維騎動力智能鋰電池安全性高
鋰電池保養須知
1、充電時不得高於最大充電電壓,放電時不得低於最小工作電壓。
2、無論任何時間鋰離子電池都必須保持最小工作電壓以上, 低電壓的過放或自放電反應會導致鋰離子活性物質分解破壞,並不一定可以還原。
3、鋰離子電池任何形式的過充都會導致電池性能受到嚴重破壞,甚至爆炸。鋰離子電池在充電過程必需避免對電池產生過充。
4、不要經常深放電、深充電。不過,每經歷約30個充電周期後,電量檢測芯片會自動執行一次深放電、深充電,以準確評估電池的狀態。
5、避免高溫,輕則縮短壽命,嚴重者可引發爆炸。如有條件可儲存於冰箱。筆記本電腦如果正在使用交流電,請拔除鋰離子電池條,以免受到電腦產熱的影響。
6、避免凍結,但多數鋰離子電池電解質溶液的冰點在-40℃,不容易凍結。
7、如果長期不用,請以40%~60%的充電量儲存。電量過低時,可能因自放電導致過放。
8、由於鋰離子電池不使用時也會自然衰老,因此,購買時應根據實際需要量選購,不宜過多購入。
綜上所述,在使用鋰電池的時候,應當避免在嚴酷條件下使用,如:高溫、高濕度、夏日陽光下長時間暴曬等,避免將電池投入火中。拆電池時,應確保用電器具處於電源關閉狀態;使用溫度應保持在-20~50℃之間。避免將電池長時間“存放”在停止使用的用電器具中。購買鋰電池選擇正規渠道,正規廠傢,禁止私自改裝鋰電池。