鋰電池電芯過充到高于4.2V的電壓后,就會開始出現(xiàn)副作用,過充電壓越高危險性越高。鋰電池電芯電壓高于4.2V后,正極材料中剩余的鋰原子數(shù)量不足一半,儲存電芯經常發(fā)生擊穿,使電池容量永久降低。如果繼續(xù)充電,由于負極電芯中已經充滿鋰原子,后續(xù)的鋰金屬就會堆積在負極材料表面,這些鋰原子會從負極表面順著鋰離子的方向長出樹枝狀晶體,這些鋰金屬晶體會穿過隔膜紙,使正負極短路。有時電池在短路發(fā)生之前就會爆炸,因為在過充過程中,電解液等材料會裂解產生氣體,使電池外殼或壓力閥爆裂開裂,讓氧氣進去與堆積在負極表面的鋰原子發(fā)生反應,進而爆炸。因此鋰電池充電時,需要設定電壓上限,兼顧電池的壽命、容量、安全性等,最理想的充電電壓最高為4.2V。鋰電池放電時也應有一個電壓下限,當電芯電壓低于2.4V時,部分材料就會開始被破壞,而且因為電池會自放電,時間越長電壓就會越低,因此放電時最好不要停留在2.4V。在3.0V放電到2.4V這段時間,鋰電池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,電流的限制也是必須的,電流過大時,鋰離子來不及進入儲存電芯,就會聚集在材料表面。當這些鋰離子獲得電子后,就會在材料表面結晶出鋰原子,這種現(xiàn)象和過度充電一樣,都是很危險的,如果電池外殼破裂,就會爆炸。因此,鋰離子電池的保護,至少包括:充電電壓上限、放電電壓下限、電流上限三項。一般來說,鋰電池組中,除了鋰電池芯,還會有一塊保護板,主要就是提供這三項保護。但保護板這三項保護顯然是不夠的,全球鋰電池爆炸事件依然頻發(fā)。要保證電池系統(tǒng)的安全,必須更加認真地分析電池爆炸的原因。
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