简述锂电池发鼓胀气和爆炸原因

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。

保护措施： 锂电池电芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。 锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到2.4V才停止。锂电池从3.0V放电到2.4V这段期间，所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此，3.0V是一个理想的放电截止电压。 充放电时，除了电压的限制，电流的限制也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。万一电池外壳破裂，就会爆炸。因此，对锂离子电池的保护，至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电池组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护板，这片保护板主要就是提供这三项保护。但是，保护板的这三项保护显然是不够的，全球锂电池爆炸事件还是频传。

要确保电池系统的安全性，必须对电池爆炸的原因，进行更仔细的分析。

二、电池爆炸原因:

1、 内部极化较大；

2、极片吸水,与电解液发生反应气鼓；

3、电解液本身的质量,性能问题；

4、注液时候注液量达不到工艺要求；

5、装配制程中激光焊焊接密封性能差,漏气.测漏气漏测；

6、粉尘,极片粉尘首先易导致微短路,具体原因未知；

7、正负极片较工艺范围偏厚,入壳难；

8、注液封口问题,钢珠密封性能不好导致气鼓；

9、壳体来料存在壳壁偏厚,壳体变形影响厚度；

三、爆炸类型分析 

电池芯爆炸的类形可归纳为外部短路、内部短路、及过充三种。

此处的外部系指电芯的外部，包含了电池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。 当电芯外部发生短路，电子组件又未能切断回路时，电芯内部会产生高热，造成部分电解液汽化，将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时，质量好的隔膜纸，会将细孔关闭，电化学反应终止或近乎终止，电流骤降，温度也慢慢下降，进而避免了爆炸发生。但是，细孔关闭率太差，或是细孔根本不会关闭的隔膜纸，会让电池温度继续升高，更多的电解液汽化，最后将电池外壳撑破，甚至将电池温度提高到使材料燃烧并爆炸。

内部短路主要是因为铜箔与铝箔的毛刺穿破隔膜，或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所造成。这些细小的针状金属，会造成微短路。由于，针很细有一定的电阻值，因此，电流不见得会很大。铜铝箔毛刺系在生产过程造成，可观察到的现象是电池漏电太快，多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来。而且，由于毛刺细小，有时会被烧断，使得电池又恢复正常。因此，因毛刺微短路引发爆炸的机率不高。这样的说法，可以从各电芯厂内部都常有充电后不久，电压就偏低的不良电池，但是却鲜少发生爆炸事件，得到统计上的支持。因此，内部短路引发的爆炸，主要还是因为过充造成的。因为，过充后极片上到处都是针状锂金属结晶，刺穿点到处都是，到处都在发生微短路。因此，电池温度会逐渐升高，最后高温将电解液气体。这种情形，不论是温度过高使材料燃烧爆炸，还是外壳先被撑破，使空气进去与锂金属发生激烈氧化，都是爆炸收场。

但是过充引发内部短路造成的这种爆炸，并不一定发生在充电的当时。有可能电池温度还未高到让材料燃烧、产生的气体也未足以撑破电池外壳时，消费者就终止充电，带手机出门。这时众多的微短路所产生的热，慢慢的将电池温度提高，经过一段时间后，才发生爆炸。消费者共同的描述都是拿起手机时发现手机很烫，扔掉后就爆炸。综合以上爆炸的类型，我们可以将防爆重点放在过充的防止、外部短路的防止、及提升电芯安全性三方面。其中过充防止及外部短路防止属于电子防护，与电池系统设计及电池组装有较大关系。电芯安全性提升之重点为化学与机械防护，与电池芯制造厂有较大关系。

避免短路及过充 因为锂电池而引起的安全事故几乎大多数都是由于短路而引起的。我们知道，当电池的正负极在电阻非常小的情况下相互连接的非正常通路，即我们常说的短路时，电池内部会产生非常大的电流和热量，产生的热和过强的电能释放不仅会导致电池寿命严重受损，而且对于使用密闭封装而成的锂电池来说，其内部会产生一定的压力从而导致电池内部压力骤增，并且由于锂离子的化学特性非常活泼，最终会产生外壳爆裂和燃烧的情况出现。 由于锂离子电池的化学特性，当我们对电池进行过度充电（过充）操作时，由于锂电池负极无法嵌入更多的锂离子，导致锂离子在负极表面以金属锂析出，造成枝晶锂现象的出现，当枝晶锂生长到一定程度便会刺破隔膜，造成电池内部短路，出现隔离膜破损，同样会出现内部短路的情况，从而引发安全事故。 所以，在我们日常使用锂电池时，应尽量避免出现短路或者过充的情况出现，不过对于目前大多数数码产品来说，其内部充电电路都会配备相应的保护IC来避免锂电池的过充现象，当保护电路检测到锂电池已经到达满电状态下，会自动切断充电电路。但是这里仍然不建议将手机或者其他设备长时间的连接在通电状态下的充电器上，毕竟谁都不想用自己的手机或者其他设备乃至人身安全去和一个小小的充电保护芯片打赌。 2、刺穿同样很危险 相比短路及过充来说，将锂电池刺穿同样是一个非常不明智的做法。如果锂电池被任何硬物刺穿，其内部的锂离子会直接与空气中的氧产生化学反应，同样会出现剧烈燃烧的现象。 对于锂电池本身或者其他内部含有锂电池的电子产品来说，通常我们都会看到醒目的垃圾桶标志。如果随意丢弃锂电池不仅会造成环境的污染，而且在垃圾处理过程中也比较容易发生火灾等情况。 3、避免高温及火烤 高温或者火烧同样会导致锂电池的爆炸和燃烧的现象出现。尤其在炎热的夏季或者长时间暴晒的车内，都会导致锂电池所处的环境温度高于其正常存放温度。 所以在我们使用内含锂离子电池的设备时，应该尽量避免在过高温度的环境中长时间使用，虽然锂电池在直接使用火烤的情况下，产生爆炸和燃烧的时间相对较长，不过仍然会出现其内部压力骤增的情况，也就是我们常说的鼓包。