电池知识
锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
电池知识
锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
锂离子电池为什么有安全性问题
1、内部短路是要怎么样形成的：锂电池的最大的隐患是使用钴酸锂的锂电池在过充的情况下（甚至正常充放电时），锂离子在负极堆积形成枝晶，刺穿隔膜，形成内部短路。
2、萌生大电流：外部短路，内部短路将萌生几百安培的过大电流
i.外部短路时，由于外部负载过低，电池瞬间大电流放电。在内阻上消耗大量能量，萌生巨大热量。
ii.内部短路，主要原由是隔膜被穿透，内部形成大电流，温度上升导致隔膜熔化，短路面积张大，进而形成恶性循环
二、要怎么样处理大容量锂离子电池的安全性问题
锂电池的安全性问题，并不是外围问题，而是一个基于材料技术的本质问题。
在材料技术上取得冲破：
1、选择安全的正极材料，目前的正极有钴酸锂和锰酸锂两种量产的材料产品。钴酸锂在小电芯方面是很成熟的体系，由于钴酸锂在分子结构方面（LiCo）的特点：洋溢电后，仍然有大量的锂离子留在正极，当过充时，残留在正极的锂离子将会涌向负极，在负极上形成枝晶是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果，甚至在正常充放电过程中，也有可能会有多余的锂离子游离到负极形成枝晶。所以手机电池频频发生爆炸事件，一方面是由于保护电路失效，但更紧要的是在材料方面并没有根本的处理问题。同时钴酸锂的氧化性强，在175度时就会分析，壳体泄漏，与空气接触，发生燃烧、爆炸。
2、选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的萌生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分析温度超过钴酸锂100度，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。
3、选择热封闭性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔离电池正负极的同时，准许锂离子的通过。当温度升高时，在隔膜熔化前进行封闭，从而使内阻上升至2000欧姆，让内部反应停止下来。
4、防爆阀：当内部压力或温度达到预置的标准时，防爆阀将打开，开始进行卸压，以戒备内部气体积累过多，发生形变，最终导致壳体爆裂。
5、保护电路：通常保护电路需起到戒备过充电，过放电，超大电流的作用。主要原理是通过测量每一只电芯的电压和总电流，控制开关电路进行整个回路的关断，在电路的设计上并没有过高的难度。但保护电路的设计是不是合理，可靠性是不是足够高，是考验加工厂商的能力。保护电路是基于约莫数十个个电阻、电容，开关MOS管等电子元器件组成的pCB电路，各个元器件都存在失效的可能性。失效的保护电路会出现开路或导通两种状态，当开路时会导致用户不能使用电池包，而导通的状态将会考验电芯抗过充的能力。
三、用什么样的标准考察大容量锂离子电池的安全性
1、过充实验
利用恒定电流继续给电芯充电，设定固定电压上限。电芯内部在负极上萌生锂离子枝晶，刺穿隔膜是通过该实验最大的威胁。
前提
环境温度
充电电流
实验过程
时间要求
结果要求
军工
按标准洋溢电后
20℃±5℃
0.2C5A
直至保护电路起作用
无
不爆炸、不燃烧
轻工标准QB/T25022000
完全放电态的电池
20℃±5℃
0.2C5A
可让保护电路起作用
12.5h
不爆炸、不燃烧
04科技部863电动车蓄电池
按标准洋溢电，放1小时后
20℃±5℃
1C1(A)
电压达到5.0V
或充电90min
不爆炸、不燃烧
国家标准
GB/T18287-2000
按标准洋溢电后
20℃±5℃
3C5A
上限电压10V，
温度下降峰值10℃后结束试验
不爆炸、不燃烧
UL标准
按标准洋溢电后
20℃±5℃
以对应电流和时间进行。
注：C为标称容量，IC为探测电流
探测时间不得少于48h
不爆炸、不燃烧
注：UL(UnderwritersLaboratories)是一家产品安全探测和认证机构，对消费者来说UL就是安全标志的象征。全球，UL是制造厂商最值得信赖的合格评估提供者之一。（摘自UL试验室中文网站）
2、短路实验
用小电阻的导线笔直连接正负极，使电池形成超大电流回路，电池内部快速升温
前提
环境温度
短路办法
外部电阻
时间
结果要求
军标
按标准洋溢电后的电池包
20℃±5℃
用导线连接正负极
≤50mΩ
直至保护电路起作用
不爆炸、不燃烧、可正常充放电
轻工标准QB/T2502-2000
按标准洋溢电后
20℃±5℃
用导线连接正负极
≤50mΩ
6h以上
不爆炸、不燃烧
2004科技部863电动车蓄电池
按标准洋溢电1小时后
20℃±5℃
用导线连接正负极
≤10mΩ
10min
不漏液、不爆炸或燃烧
国家标准
GB/T18287-2000
按标准洋溢电后
20℃±5℃
用导线连接正负极
≤50mΩ
温度下降峰值10℃后结束试验
不爆炸、不燃烧，外部温度不得高于150℃
UL标准
按标准洋溢电后
60℃±2℃
20℃±5℃
用导线连接正负极
0.1Ω
直至温度下降接近环境温度
不爆炸、不燃烧，外壳温度不得高于150℃
3、针刺实验
用铁针垂直穿透电池，继续形成内部短路
前提
环境温度
钢钉
实验过程
时间要求
结果要求
军工
按标准洋溢电后
20℃±5℃
φ3mm
沿径向强力刺穿
无规定
不爆炸、不燃烧
轻工标准QB/T2502-2000
按标准洋溢电后
20℃±5℃
2.5～5mm
中央与电极面垂直的方向穿透
放置6小时以上
不爆炸、不燃烧
2004科技部863电动车蓄电池
按标准洋溢电后
20℃±5℃
φ3～8mm
垂直于极板的方向迅速贯穿
钢针停留在其中
不爆炸、不燃烧
UL标准
按标准洋溢电后
20℃±5℃
在电池的正面与侧面，在3ms内以最小加速度75g，最大加速度125-175g撞击电池
不爆炸、不燃烧、排出物≤5g
4、热冲击
把电芯放入高温箱中，以标准规定的速度升温，继续的高温导致内部隔膜熔化，形成大面积内部短路
前提
升温速率
上限温度
时间要求
结果要求
军工
按标准洋溢电后
电池包在温度（-40℃±２℃）与（70℃±２℃）之间循环4次,并在各个温度环境中恒温2小时，温度交替移动的时间不大于1min，然后在25℃下保持2小时
不变形、不开裂、不漏液、可正常充放电
轻工标准QB/T2502-2000
按标准洋溢电后
5℃±1℃
130℃
60min
不爆炸、不燃烧
2004科技部863电动车蓄电池
按标准洋溢电后
5±2℃
70±2℃
20min
不漏液、不变形、不爆炸或燃烧
国家标准
GB/T18287-2000
按标准洋溢电后
5℃±2℃
150℃±2℃
30min
不爆炸、不燃烧
UL标准
按标准洋溢电后
5℃±2℃
150℃±2℃
10min
不爆炸、不燃烧
四、要怎么样采购安全的锂离子电池
1、选择使用锰酸锂材料的电池
2、委托权威部门进行安全性的测试，进行现场考验
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