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电池知识

不同材料和结构特点会对电池制备技术与使用造成什么影响呢?

来源:宝鄂实业    2019-05-09 17:30    点击量:

从目前使用的锂离子电池主流技术来看,主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和聚合物几种类型,它们的不同材料和结构特点会对电池制备技术与使用造成影响,从而带来的安全性也有不同。

 

一、钴酸锂电池:在制备上的最大特点是,在充满电后,仍有大量的锂离子留在正极。也就是说,负极上容纳不了更多的附着在正极上的锂离子,但在过充状态下,正极上多余的锂离子仍会向负极游动,因不能完全容纳便会在负极上形成金属锂,由于这种金属锂是树枝状的晶体,因而被称为枝晶,枝晶一旦形成,就会给刺穿隔膜提供机会。隔膜刺穿将形成内部短路。由于电解液的主要成分是碳酸脂,闪电和沸点较低,这样,在温度较高的情况下就会燃烧甚至爆炸。控制锂枝晶的形成在小容量锂电池上比较容易,因此,钴酸锂电池目前仅限于便携式电子设备等小容量电池,而不能用于动力电池。

 

  二、聚合物锂电池:在实际可用的理论比能量上有极大的提高,相对于钴酸锂电池,可以更好地发挥高容量作用,但从材料上来说,聚合物电池也采用钴酸锂和有机电解液,所以并未根本解决安全性问题。从使用角度来看,电池如果发生短路将产生过大电流。聚合物锂电池的电解液为胶体,不易泄漏,也就排除了漏液的可能性,但将因此发生更猛烈的燃烧,因此,自燃是聚合物锂电池的最大隐患。 富锰分层技术包括两个含义:1、富锰:就是指高容量的富锰正极,试验证明,锂电池正极材料同时具有活性成分和惰性成分,通过正极材料活性成分,锂离子可在正负极间移动形成充放电;而惰性成分有助于稳定活性物质,从而延长电池寿命。富锰正极材料可以带来多出1/3的能量密度。2、分层:就是指这种电池的制备采用两个不同的分层组件,使正极表现为一层层的复合结构,为此,在涂层、孔隙率和材料成分等工艺选择上需要进行改进。通过分层技术,使锂电池正极材料配比更趋合理,最终使正极材料可接受的电荷数量获得极大提升。

 

 

三、锰酸锂电池:锰酸锂电池的材料具有一定的优点,它可以保证在满电状态下,正极的锂离子可以完全嵌入到负极炭孔中,而不是象钴酸锂那样会在正极有一定残留,这就从根本上避免了枝晶的产生。这是从理论上来认识。实际上,锰酸锂电池如果遭遇强大外力作用或者制备过程中偷工减料都有可能造成电池在充放电循环过程中瞬间形成锂离子快速移动。在负极来不及完全接收锂离子的情况下形成枝晶。避免这一后果要从电池出厂时的测试来保证。总之,检测合格的锰酸锂电池一般不会发生安全事故。因为,锰酸锂稳固的结构使其氧化性能远远低于钴酸锂,即使外部短路(而非内部短路),也基本能避免析出金属锂引发燃烧和爆炸。

 

  四、磷酸铁锂电池:这是一种理想的动力电池,可用于电动工具和动力汽车等,磷酸铁锂的理论容量是170mAh/g,做成材料的实际可达容量为160mAh/g。在安全性上,磷酸铁锂热稳定高,电解液氧化能力低,因而安全性高;但其缺陷是电导率低,需要改性技术来提高,结果,体积过大,电解液用量多。而且,由于容量大,电池的一致性较差,目前,磷酸铁锂技术还在研究中。

 锂电池的“安全性”始终是困扰锂电池产业化的一个重要问题,近年曝光的电池爆炸事故无一例外都是由锂电池使用引起的,说起爆炸原因,与其他类型的电池相比较,这是由锂电池材料及工艺的特殊性质决定的。为此,应该了解锂电池爆炸的知识,我们试从以下三个方面进行说明。

 

  一、什么是电池爆炸?

 

  国标规定,电池内的任何部分的固态物质瞬间喷出,被推至锂电池25cm及以上的距离称为爆炸。实验中的认定方法是:将一个圆形网状物罩住实验电池,使电池居于圆心位置,即,距离网罩任何一边为25cm,如果实验无固体部分通过网罩,证明电池未爆炸。这里对“网”有具体要示:网线采用直径为0.25mm的软铝线,网的密度为6~7根/cm。

 

  二、怎样预防锂电池爆炸?

 

  所有发生的锂电池爆炸都是由于短路引起的电池发热造成的,而引起短路的原因又有过充、过放、正负极直接对接,电解质泄漏等。所以,在锂电池设计中,可从以下几点着手:

 

  1、禁止电池过充到4.2V以上;

 

  2、禁止电池过放到2.75V以下;

 

  3、在金属外壳上装上防爆阀;

 

  4、工艺过程中防短路。

 

  设计锂电池过程中当然是要有电池保护线路板的设计。这虽然会增加锂电池的制造成本,但出于要安全使用锂电池是必要的,一切正规的锂电池生产厂家的产品都免不了这一设计。

 

  三、聚合物锂电池会爆炸吗?

 

  聚合物锂电池是采用软性包装和聚合物电解质而制成的一种锂电池产品,正常情况下的使用、贮存都不会爆炸,除非人为强力破坏导致其短路。

 

  为了减少爆炸事故的发生,聚合物锂电池正在越来越多的场合被大家所使用,虽然锂电池替代其他类型电池还在替换当中,但在锂电池类型中,聚合物锂电池已经开始在部分领域取代普通锂电池