鋰電池爆炸的六大原因,電池安全檢測是小事嗎?
三星Note 7這幾天刷爆朋友圈,先是爆出剛上市35起爆炸和著火事件,剛上市就大面積召回也是個大新聞,后來又是網友質疑為什么中國區(qū)不實施召回,這幾天是IPhone 7讓大家想起來悲催的Note7,今天我們就聊聊手機爆炸這些事兒.
*三星電子公司自上月以來在韓國生產了約49萬部蓋樂世 Note 7手機;
*8月下旬,多名Note7用戶將燒毀的手機照片發(fā)到網上,表示充電時起火,三星的調查發(fā)現部分電池確實存在異常;
*目前在全球范圍內已知發(fā)生了35起Note7手機爆炸和著火事件,這些數字還可能增長;
*三星宣布將召回在美國、韓國等10個國家和地區(qū)出售的250萬部蓋樂世Note7,召回手機將更換新的同款手機或其他機型;
*9月2日的記者會上,三星電子移動事業(yè)部負責人高東真就召回事件對消費者造成的不便和擔憂表示道歉,但尚未明確透露召回相關費用的具體數額,僅表示“數額之大令人痛心疾首”;
*分析認為,大型智能手機制造商因質量問題進行大規(guī)模召回尚屬首次。這樣大規(guī)模召回剛剛發(fā)售的新產品,勢必將對三星今年的業(yè)績造成重大影響。
*三星公司的競爭對手美國蘋果公司在本周推出蘋果7手機,可能會對三星的手機產品造成沖擊。媒體報道稱,蓋樂世Note 7和蘋果7手機的賣點均包括虹膜識別技術。英國《金融時報》評論,對于身陷稅務糾紛的蘋果而言,三星此次召回可謂一份及時的禮物。
*韓國SK證券分析稱,僅召回費用就將達到5000億韓元(約合30.2億元人民幣),2016年7至9月Note7的銷售量可能會從預計的500萬部下降到300萬部左右。還有分析人士估算,召回事件造成的損失可能使三星公司今年的利潤減少50億美元(約合334億元人民幣),三星公司的聲譽也將受影響?!?/span>
*經國家質檢總局約談后,三星(中國)宣布自9月14日起,召回2016年7月20日至2016年8月5日期間制造的部分Galaxy Note7。中國大陸地區(qū)受影響的數字移動電話機數量為1858臺?!?/span>
1外部短路
外部短路可能由于操作不當,或誤使用所造成,由于外部短路,電池放電電流很大,會使電芯的發(fā)熱,高溫會使電芯內部的隔膜收縮或完全損壞,造成內部短路,因而爆炸。外部短路可能的工位:
1、上電芯未對好,造成正負極接觸;
2、電芯在周轉過程中打火;
3、用戶在使用時正負極短路;
4、保護線路板失效。
2內部短路
由于內部產生短路現象,電芯大電流放電,產生大量的熱,燒壞隔膜,而造成更大的短路現象,這樣電芯就會產生高溫,使電解液分解成氣體,造成內部壓力過大,當電芯的外殼無法承受這個壓力時,電芯就會爆炸。內部短路的工位:
1、正負裁大片毛刺;
2、正負極分小片掉料;
3、正負極分小片毛刺;
4、負極鉚焊未拍平,有毛刺;
5、卷繞不齊;
6、隔膜紙有砂眼;
7、壓扁時壓力太大;
8、組裝短路電芯未檢出;
9、組裝微短路電芯下流;
10、激光焊短路電芯未檢出;
11、烘烤時溫度太高烘壞隔膜;
12、上部膠位置不對;
13、高溫膠紙包住負極耳;
14、貼底部膠未完全包住底部。
3 過充
電芯過充電時,正極的鋰過度放出會使正極的結構發(fā)生變化,而放出的鋰過多也容易無法插入負極中,也容易造成負極表面析鋰,而且,當電壓達到4.5V以上時,電解液會分解生產大量的氣體。上面種種均可能造成爆炸。過充可能的工位:
1、預充時電流設置過大;
2、預充柜個別點電流過大;
3、電芯容量不足;
4、檢測時電流設置過大;
5、檢測時個別點電壓偏大;
6、用戶使用時充電器電壓偏大。
4過放 5水份含量過高
水份可以和電芯中的電解液反應,生產氣體,充電時,可以和生成的鋰反應,生成氧化鋰,使電芯的容量損失,易使電芯過充而生成氣體,水份的分解電壓較低,充電時很容易分解生成氣體,當這一系列生成的氣體會使電芯的內部壓力增大,當電芯的外殼無法承受時,電芯就會爆炸。
6負極容量不足
當正極部位對面的負極部位容量不足,或是根本沒有容量時,充電時所產生的部分或全部的鋰就無法插入負極石墨的間層結構中,會析在負極的表面,形成突起狀“枝晶”,而下一次充電時,這個突起部分更容易造成鋰的析出,經過幾十至上百次的循環(huán)充放電后,“枝晶”會長大,最后會刺穿隔膜紙,使內部產生短路。負極容量不足的工位:
1、正極來料容量偏高;
2、負極來料容量偏低;
3、正負極攪拌不均;
4、正極敷料量偏大;
5、正極涂布不均;
6、正極頭尾部堆料;
7、負極涂布不均;
9、負極暗痕;
10、負極劃痕;
11、負極凹點;
12、負極露箔;
13、負極顆粒;
14、負極壓片時壓死;
15、正負極分檔配對錯誤;
16、負極包不住正極;
1、鋰電池內部采用開關原件。在電池內部溫度上升時,阻值隨之上升,溫度過高后停止放電,防止過度放電的情況。
2、設置電池出氣孔。在電池內壓上升到一定程度后出氣孔自動打開,保持內壓的平衡,防止電池炸裂的情況出現。
1、優(yōu)化電解質體系
目前電解液主要為有機溶劑,難以承受4.5伏以上的高電壓,容易分解產生氣體,造成電池氣脹、破裂或爆炸。同時,充電狀態(tài)下的正負極材料本身也很活潑,如鈷酸鋰之類的正極材料在過充電或受熱狀態(tài)下容易發(fā)生結構坍塌,并產生顯著的熱效應,而含有機溶劑的鋰化石墨負極在接觸空氣時也容易燃燒。
極性有機溶劑電解液難以保障動力鋰離子電池的安全性,而現有的離子液體要么電化學窗口不夠寬,要么相對分子質量和黏度太大,尚不能完全替代有機溶劑。因此,發(fā)展低溶劑或無溶劑的聚合物電解質、無機有機復合電解質或無機固體電解質是提高電池安全性的根本舉措。
2、提高負極嵌鋰電位
目前使用的鋰離子電池主要以石墨基材料作為負極,其嵌鋰電位接近金屬鋰的析出電位,在快速充電時容易造成金屬鋰析出,常以鋰枝晶或鋰粉末狀態(tài)存在,前者會使電池內短路,后者會加速電解液分解或與空氣接觸發(fā)生燃燒。提高負極的嵌鋰電位能有效改善電池的安全性和循環(huán)使用壽命。
與石墨基負極材料相比,能提高電極電位的材料有硬碳、硅、錫、鈦酸鋰等。
3、選擇適當材質的正負極隔板材質
在溫度上升一定程度后,正負極隔板材料自動溶解,防止鋰離子通過,停止內部的充放電反應。
4、選用合格的膠黏劑
粘結劑不合格,產生掉粉,形成毛刺造成隔膜穿刺,內部短路,最后導致鋰電池爆炸。
對應標準 | 應用安全性能 (電芯、電池) | 環(huán)境適應性能 (電芯、電池) | 電性能 (電芯、電池) |
GB/T 18287 | 1.熱沖擊 2.過充電 3.短路 4.重物沖擊 5.過充電保護 6.過放電保護 7.短路保護 | 1.恒定濕熱性能 2.振動 3.碰撞 4.自由跌落 | 1.0.2C5A放電性能 2.1C5A放電性能 3.高溫性能 4.低溫性能 5.荷電保持能力 6.循環(huán)壽命 7.貯存 |
IEC 61960 | —— | —— | 1.20℃放電 2.-20℃放電 3.高速率放電 4.荷電保持及恢復 5.長時間貯存 6.循環(huán)能力 7.ESD 8.內阻 |
IEC 60086-4 | 1.外部短路 2.強制放電 3.不正常充電 4.錯誤安裝 5.過放電 | 1.低氣壓 2.溫度循環(huán) 3.振動 4.沖擊 5.撞擊 6.擠壓 7.自由跌落 8.溫度沖擊 | —— |
IEC 62133 | 1.持續(xù)低速率充電 2.外部短路 3.強迫放電 4.高速率充電 5.過充電 | 1.振動 2.機械沖擊 3.溫度循環(huán) 4.自由跌落 5.熱沖擊 6.擠壓 7.低氣壓 8.電池外殼應力 | —— |
MITI(1962:No.85) 1stClause: Appendix 9 | 1.外部短路 2.強制內部短路 3.過充電保護 | 1.熱沖擊 2.擠壓 3.跌落 | —— |
UL 1642 | 1.外部短路 2.異常充電 3.強制放電 | 1.擠壓 2.重錘沖擊 3.熱沖擊 4.溫度循環(huán) 5.機械沖擊(碰撞) 6.低氣壓 7.振動 8.彈射 | —— |
UL 2054 | 1.外部短路 2.異常充電 3.濫充電 4.強制放電 5.限功率測試 6.元器件溫升 | 1.擠壓 2.重錘沖擊 3.熱沖擊 4.溫度循環(huán) 5.振動 6.燃燒 7.機械沖擊(碰撞) 8.跌落9.250N擠壓 10.外殼應力 11.外殼防火 | —— |
從上表可以看出,目前鋰電池的各種標準主要從三個角度考察鋰電池的安全及電性能:
1、電池使用安全性能;
2、環(huán)境適應性;
3、電性能。
不同標準對電池的檢測各有側重:
IEC 61960主要側重于鋰電池的電性能測試;
IEC 62133和日本JIS C 8714要求側重于產品使用安全和環(huán)境適應性安全;
GB/T 18287不僅包含了部分安全檢測項目,還涵蓋了性能測試;UL2054和UL 1642則全面考察電芯和電池在各種使用環(huán)境下,包括故障條件、重壓條件、燃燒條件下的安全性。
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