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    鋰電芯爆炸的原因是什么?

    鉅大LARGE  |  點擊量:977次  |  2020年10月08日  

    電池芯爆炸的類形可歸納為外部短路、內部短路及過充三種。此處的外部系指電芯的外部,包含了電池


    組內部絕緣設計不良等所引起的短路。


    鋰是化學周期表上直徑最小也最活潑的金屬。體積小所以容量密度高,廣受消費者與工程師歡迎。但是


    ,化學特性太活潑,則帶來了極高的危險性。鋰金屬暴露在空氣中時,會與氧氣出現激烈的氧化反應而


    爆炸。為了提升安全性及電壓,科學家們發明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子


    結構,形成了奈米等級的細小儲存格子,可用來儲存鋰原子。這樣一來,即使是電池外殼破裂,氧氣進


    入,也會因氧分子太大,進不了這些細小的儲存格,使得鋰原子不會與氧氣接觸而防止爆炸。鋰離子電


    池的這種原理,使得人們在獲得它高容量密度的同時,也達到安全的目的。


    鋰離子電池充電時,正極的鋰原子會喪失電子,氧化為鋰離子。鋰離子經由電解液游到負極去,進入負


    極的儲存格,并獲得一個電子,還原為鋰原子。放電時,整個程序倒過來。為了防止電池的正負極直接


    碰觸而短路,電池內會再加上一種擁有眾多細孔的隔膜紙,來防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度


    過高時,自動關閉細孔,讓鋰離子無法穿越,以自廢武功,防止危險發生。


    保護措施


    鋰離子電池芯過充到電壓高于4.2V后,會開始出現副用途。過充電壓愈高,危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓


    高于4.2V后,正極材料內剩下的鋰原子數量不到一半,此時儲存格常會垮掉,讓電池容量出現永久性的


    下降。假如繼續充電,由于負極的儲存格已經裝滿了鋰原子,后續的鋰金屬會堆積于負極材料表面。這


    些鋰原子會由負極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結晶。這些鋰金屬結晶會穿過隔膜紙,使正負極短


    路。有時在短路發生前電池就先爆炸,這是因為在過充過程,電解液等材料會裂解出現氣體,使得電池


    外殼或壓力閥鼓漲破裂,讓氧氣進去與堆積在負極表面的鋰原子反應,進而爆炸。因此,鋰離子電池充電時


    ,一定要設定電壓上限,才可以同時兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。最理想的充電電壓上限為


    4.2V。


    鋰電芯放電時也要有電壓下限。當電芯電壓低于2.4V時,部分材料會開始被破壞。又由于電池會自放電


    ,放愈久電壓會愈低,因此,放電時最好不要放到2.4V才停止。鋰離子電池從3.0V放電到2.4V這段期間,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,電流的限制也有其必要。電流過大時,鋰離子來不及進入儲存格,會聚集


    于材料表面。這些鋰離子獲得電子后,會在材料表面出現鋰原子結晶,這與過充相同,會造成危險性。


    萬一電池外殼破裂,就會爆炸。


    因此,對鋰離子電池的保護,至少要包含:充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項。一般鋰電


    池組內,除了鋰離子電池芯外,都會有一片保護板,這片保護板重要就是供應這三項保護。


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