鋰離子電池特性

鋰是元素周期表上最小最活潑的金屬。由于其體積小，容量密度高，深受用戶和工程師的喜愛(ài)。然而，化學(xué)性質(zhì)過(guò)于活潑，帶來(lái)了很高的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)鋰暴露于空氣中時(shí)，它會(huì)與氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)。為了提高安全性和電壓，科學(xué)家們開發(fā)了石墨和鋰鈷氧化物等材料來(lái)儲(chǔ)存鋰原子。這些材料的分子結(jié)構(gòu)形成了微小的納米級(jí)存儲(chǔ)格，可以用來(lái)存儲(chǔ)鋰原子。這樣，即使電池外殼破裂，氧氣進(jìn)入，氧分子也太大，無(wú)法裝入微小的電池中，從而防止鋰原子與氧氣接觸并爆炸。鋰離子電池的這一原理使人們獲得了它的高容量密度，同時(shí)也達(dá)到了安全的目的。

當(dāng)鋰離子電池充電時(shí)，鋰原子失去電子并氧化成鋰離子。鋰離子通過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極，在那里它們進(jìn)入陰極電池，獲得一個(gè)電子，并被還原為鋰原子。當(dāng)卸貨時(shí)，整個(gè)過(guò)程是相反的。為了防止電池因正極和負(fù)極直接接觸而短路，在電池上加了帶有許多小孔的隔膜紙以防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉細(xì)小的孔，使鋰離子不能通過(guò)，以免浪費(fèi)功夫，防止危險(xiǎn)的發(fā)生。

保護(hù)措施

當(dāng)充電電壓超過(guò)4.2v時(shí)，鋰離子電池會(huì)開始出現(xiàn)副用途。壓力越大，風(fēng)險(xiǎn)越大。當(dāng)鋰離子電池電壓高于4.2v時(shí)，只有不到一半的鋰原子留在正極材料中，電池經(jīng)常會(huì)崩潰，導(dǎo)致電池容量永久性下降。假如電池充電，后續(xù)的鋰金屬會(huì)在材料表面堆積，因?yàn)樨?fù)極電池已經(jīng)充滿了鋰原子。這些鋰原子從陰極表面向鋰離子方向生長(zhǎng)出樹枝狀晶體。這些鋰晶體將通過(guò)隔膜紙，短路陽(yáng)極和陰極。有時(shí)電池在短路發(fā)生前就爆炸了。這是因?yàn)樵谶^(guò)度充電時(shí)，電解液等物質(zhì)會(huì)分解出現(xiàn)氣體，導(dǎo)致電池外殼或壓力閥膨脹和爆裂，讓氧氣進(jìn)入，并與積聚在負(fù)極表面的鋰原子發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致負(fù)極爆炸。因此，鋰離子電池充電時(shí)，必須設(shè)置電壓上限，才能兼顧電池的壽命、容量和安全性。充電電壓的最優(yōu)上限為4.2v。

鋰離子電池放電也必須有一個(gè)較低的電壓限制。當(dāng)電池電壓低于2.4v時(shí)，部分材料開始損壞。而且由于電池會(huì)自放電，電壓越長(zhǎng)越低，因此，最好不要把放電到2.4V停止。在3.0v至2.4v放電期間，鋰離子電池只能釋放約3%的容量。因此，3.0v是理想的放電截止電壓。

充放電時(shí)，除了電壓限制外，電流限制也是必要的。當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，鋰離子沒(méi)有時(shí)間進(jìn)入儲(chǔ)存電池，會(huì)在材料表面堆積。當(dāng)這些離子獲得電子時(shí)，它們會(huì)在材料的表面結(jié)晶化鋰原子，這和充電過(guò)量相同危險(xiǎn)。假如電池盒壞了，它就會(huì)爆炸。

因此，鋰離子電池的保護(hù)，至少要包括:充電電壓上限、放電電壓下限、電流上限三部分。一般的鋰離子電池組，除了鋰離子電池電池外，還會(huì)有一個(gè)保護(hù)板，這個(gè)保護(hù)板主要是供應(yīng)這三個(gè)保護(hù)。然而，三防護(hù)板的防護(hù)明顯不夠，鋰離子電池爆炸事故仍在世界各地頻繁發(fā)生。為了保證電池系統(tǒng)的安全，必須更仔細(xì)地分析電池爆炸的原因。