锂电池电芯过充到高于4.2V的电压后,就会开始出现副作用,过充电压越高危险性越高。锂电池电芯电压高于4.2V后,正极材料中剩余的锂原子数量不足一半,储存电芯经常发生击穿,使电池容量永久降低。如果继续充电,由于负极电芯中已经充满锂原子,后续的锂金属就会堆积在负极材料表面,这些锂原子会从负极表面顺着锂离子的方向长出树枝状晶体,这些锂金属晶体会穿过隔膜纸,使正负极短路。有时电池在短路发生之前就会爆炸,因为在过充过程中,电解液等材料会裂解产生气体,使电池外壳或压力阀爆裂开裂,让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子发生反应,进而爆炸。因此锂电池充电时,需要设定电压上限,兼顾电池的寿命、容量、安全性等,最理想的充电电压最高为4.2V。锂电池放电时也应有一个电压下限,当电芯电压低于2.4V时,部分材料就会开始被破坏,而且因为电池会自放电,时间越长电压就会越低,因此放电时最好不要停留在2.4V。在3.0V放电到2.4V这段时间,锂电池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,电流的限制也是必须的,电流过大时,锂离子来不及进入储存电芯,就会聚集在材料表面。当这些锂离子获得电子后,就会在材料表面结晶出锂原子,这种现象和过度充电一样,都是很危险的,如果电池外壳破裂,就会爆炸。因此,锂离子电池的保护,至少包括:充电电压上限、放电电压下限、电流上限三项。一般来说,锂电池组中,除了锂电池芯,还会有一块保护板,主要就是提供这三项保护。但保护板这三项保护显然是不够的,全球锂电池爆炸事件依然频发。要保证电池系统的安全,必须更加认真地分析电池爆炸的原因。
相关推荐: