小心你的笔记本电池 可能存在安全隐患?
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商圣科技08月16日消息:

然而,高比能量的特点既给锂离子电池带来了优势,也同时带来了高危风险——由于采用的是非水电解液体系,因而锂离子电池其实是很容易发生发生不可逆的氧化分解,或者与高活性的正极材料进行化学反应的,这些都是很容易导致电池爆炸和燃烧,造成危险事故的——因而,安全问题也一直是锂离子电池应用当中的重要课题。

今年6月的时候,马来西亚摇篮基金私人有限公司的CEO纳兹林先生就因午休时在床边充电而丧命——过热爆炸的锂离子电池引发了火灾,而纳兹林先生也因头部被严重炸伤,最终身亡。

那幺,一般导致锂离子电池产生安全风险的,都有哪些因素,厂商又是如何保障电池安全的呢?

影响锂离子电池安全的因素

一般情况下,除了要满足容量、内阻和高低温充放电性能的要求外,锂离子电池也是需要通过各种安全性能测试的。不过,由于制造技术和运作方式等原因,它仍然会具有一定的风险——导致锂离子电池爆炸的,往往是过充电、短路、热冲击和机械冲击等因素。

针刺、短路和挤压对电池安全性的影响

当电池发生外部短路或受到针刺和挤压时,常常会导致电池内部隔膜的破裂,从而造成大量的电流在极短的时间内从电池的内部流过,并直接导致电池内部温度的急剧升高,从而在很短的时间内引发一系列的剧烈反应——对于安全性能较差的电池,这个过程甚至会数秒内完成,并以“殉爆”收场。由于锂离子电池比能量很高,像2200mAh的笔记本电脑电池,单只能量可达30 KJ左右,一旦发生短路,电池封口处的铝制防爆阀往往会被熔化,从而造成用户的财产损失。

热冲击对电池安全的影响

此外,当电池受到热冲击时,如果热冲击的温度较高,也同样会引发“热失控”的危险。这种情况通常会导致电池负极表面SEI膜发生分解,并使高度嵌锂的负极材料与电解液发生放热反应——如果电池散热速率较慢的话,就很容易导致电池内部的温度进一步升高、熔化隔膜、发生短路——并最终引发爆炸等危险事故。

过充电对电池安全的影响

而日常生活当中,我们可能接触到的电池爆炸情况,就属过充电对电池造成的情况了。当电池发生过充时,电池内部化学反应所产生的电能就很容易转变成热能,并导致电池温度的迅速升高。同以上两种情况一样,如果过充时电池的散热能力较好,就不易引发危险——电池散热能力较差、高倍率充电往往是这类情况的元凶,这种情况下,过渡金属氧化物正极材料由于严重脱锂、化学活性显着增加,往往会导致比单纯的热冲击更严重的安全问题。

生产商会采取的安全性措施

一般来说,对于生产厂商而言,安全性问题自然是能在设计环节就解决自然是最好的——因而,对于以上几个可能导致电池爆炸的因素,自然也是有相应的,设计层面的杜绝方法的,之后,通过安全监测合格的电池,才会流入市场之中——由于锂离子电池存在较多的安全隐患,因而,电池在设计时就必须采用一些特殊的措施以确保安全,目前采用较多的结构设计是采用可热封闭的隔膜、串联正温度系数电阻以及采用防爆盖帽。

热封闭隔膜

当电池由于针刺或挤压等造成很大的电流通过电池,造成电池温度上升时,电池内部的多孔隔膜就会迅速软化——由于电池卷芯较紧,受到挤压的隔膜就会因其多孔结构的相互粘连,而形成一种几乎完全封闭的结构,从而停止离子的传输并终止化学反应,从而达到电流被迅速切断的目的——安全性能达标的电池,往往会在这个环节就阻止温度的进一步上升,并使电池不再发生危险。

而并不达标的产品,就有可能在这一步因为隔膜在升温时没有形成较好的封闭结构,或者受力不均匀引发的收缩变形,从而造成电池的内部由于短路而发生危险。

正温度系数电阻(PTC)

另外,利用电阻升温阻值升高的原理所设计的保险措施,也同样十分有效——当电池发生过充或者外部短路时,大量的电流会使电池所串联的正温度系数电阻升温,从而导致电阻发热、升高阻值,并因此降低流过电池的电流,以保障电池的安全——其设计思路和电路当中的保险丝概念类似,也同样是比较靠谱的做法。

安全阀

除了以上两种比较常规的解决办法外,还有一种脑洞大开的安全措施也同样是现今厂商所乐于使用的。电池过充后,受热后电解液汽化和电解液分解产生气体,都有可能造成电池内部气压的骤然增加,从而导致电池的爆炸——防爆阀或防爆膜正是为此而设计的,它们会及时破裂,释放电池的内压,从而保障用户的财产和人身安全(另外,圆柱型电池正极盖帽中的防爆阀在变形的同时还可能会切断与电极片的连接,从而防止电池发生危险)。

提高电池安全的化学方法

此外,可聚合的添加剂、 电压敏感隔膜、氧化还原电对、阻燃添加剂等化学方法也同样是厂商所经常采用的安全措施。

安全责任重于天

因而,锂离子电池的安全问题也应该一直是厂商和政府重视的课题之一——今年七月份的时候,因部分笔记本电脑的电池存在安全隐患,市场监管总局就要求戴尔和三星召回一批有问题的笔记本电池——根据公布的情况来看,三星将召回部分2012年12月至2013年7月期间制造的三星笔记本电脑配备的电池,中国大陆地区受影响的电池数量为9066个,而戴尔则将召回部分2012年11月到2014年4月期间制造的戴尔笔记本电脑电池(包括Dell 911MD和Dell 4YRJH两种型号的电池),中国大陆地区受影响的电池数量为28268个。

这次召回事件牵涉的型号之多,数量之大,也正说明了锂离子电池安全问题所受到的重视——事实上,一些专业论文中亦有指出,笔记本电脑和手机使用的锂离子电池所采用的底层技术仍然是不够安全的,需要考虑更安全的结构。

当然,在过去的十年,由于电池材料热稳定性的提高,对电池安全性能理解的加深以及新的提高安全的装置与措施不断被开发出来,锂离子电池的安全性能也的确有了较大的提高——不过,这些方法又常常是以牺牲容量的做法换来的——因而,今后改进锂离子电池制造工艺,优化锂离子电池安全设计,将仍然是未来锂离子电池制造商的主要努力方向。

总之,随着材料技术的进步和人们对锂离子电池设计、制造、检测和使用诸方面要求的认识不断加深,未来的锂离子电池会变得更安全。

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