浅谈锂电池内部会造成短路的原因有哪些

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浅谈锂电池内部会造成短路的原因有哪些

浅谈锂电池内部会造成短路的原因有哪些
聚合物锂电池内部之所以会构成短路是有两种形式:一种是由电芯在层压和软包装进程中,阴阳极的 集流体打破电解质隔阂,发作物理触摸而构成短路,称为物理短路;另一种是电芯在充放电循环进程中,因为电极活性资料和电解质隔 膜资料本身起了化学变化而导致的部分电子导通,称为化学短路。下面由电池之都为大家讲解浅谈锂电池内部会造成短路的原因有哪些:
聚合物锂电池在充电时有过充或过放的景象时,充电器与移动电源不匹配很简单构成电池过充,聚合物锂离子电池 发作的胀大的也许性就会加大。当电池充放电时,电池内部持续升 温,活化进程中所发作的气体胀大,电池内压加大,压力到达必定程 度,如外壳有伤痕,即会决裂,导致起火,甚至爆破。
还有一个是封边维护的疑问,封边面的铝塑复合膜外包装资料的夹层是由纯铝构成,具有杰出的导 电功能,使用时必须采纳牢靠的绝缘阻隔措施,避免其与外部元器件 构成短路,很有也许构成电芯内腐蚀、胀气。
跟着科技的开展锂电池也有很大的前进,运用的规模也越来越广泛,本来锂电池的构造分为两大类:分卷绕式和层叠式。那么锂电池构造又主要由五大块构成,分别是:正极、负极、电解液、隔阂、外壳与电极引线。
那么锂电池分为两种一种是液态锂电池,一种是聚合物锂电池,其中液态锂电池选用卷绕构造,聚合物锂电池则两种都有。
卷绕式将正极膜片、隔阂、负极膜片依次放好,卷绕成圆柱形或扁柱形,主要以SANYO、TOSHIBA、SONY、ATL为代表。层叠式则将正极、隔阂、负极、隔阂、正极这样的方法多层堆叠。将一切正极焊接在一同引出,负极也焊成一同引出,主要以ATL为代表。
现在较为常用的锂电池资料有钴酸锂、镍酸锂以及锰酸锂。用得最多的资料是钴酸锂,循环性能好,制作也便利,缺陷是钴化合物报价较贵。镍酸锂的由于性质不稳定,制作艰难,一般用得较多的是钴酸锂掺杂镍的化合物,又称镍钴酸锂。锰酸锂也是非常好的资料,在高温下锰酸锂的衰减比较快等许多原因,现在应用大都还停留在实验室期间。
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影响锂离子电池循环性能的7大因素
循环性能对锂离子电池的重要程度无需多言,就宏观来讲,更长的循环寿命意味着更少的资源消耗,因而,影响锂离子电池循环性能的因素,是每一个与锂电行业相关的人员都不得不考虑的问题。
1、水分
过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环,同时水分过多也不利于SEI膜的形成,但在痕量的水分难以除去的同时,痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。
2、正负极压实
正负极压实过高,虽然可以提高电芯的能量密度,但是也会一定程度上降低材料的循环性能,从理论来分析,压实越大,相当于对材料的结构破坏越大,而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础;此外,正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量,而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。
3、测试的客观条件
测试过程中的充放电倍率、截止电压、充电截止电流、测试中的过充过放、测试房温度、测试过程中的突然中断、测试点与电芯的接触内阻等外界因素,都会或多或少影响循环性能测试结果,另外,不同的材料对上述客观因素的敏感程度各不相同,统一测试标准并且了解共性及重要材料的特性应该就足够日常工作使用了。
4、负极过量
负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外,对循环性能的影响也是一个考量,对于钴酸锂加石墨体系而言,负极石墨成为循环过程中的"短板"一方较为常见,若负极过量不充足,电芯可能在循环前并不析锂,但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂,造成容量过早下降。
5、涂布膜密度
单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务,膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异,对同型号同容量同材料的电芯而言,降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数,对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环,考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些,当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制,活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响,更多的层数意味着更多的箔材和隔膜,进而意味着更高的成本和更低的能量密度,所以,评估时也需要均衡考量。
6、材料种类
材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素,选择了循环性能较差的材料,工艺再合理、制成再完善,电芯的循环也必然无法保证;选择了较好的材料,即使后续制成有些许问题,循环性能也可能不会差的过于离谱,从材料角度来看,一个全电池的循环性能,是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中,较差的一者来决定的,材料的循环性能较差,一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂,一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时,若一极确认选用循环性能较差的材料,则另一极无需选择循环性能较好的材料,浪费。
7、电解液量
电解液量不足对循环产生影响主要有三个原因
一、注液量不足;
二、虽然注液量充足但是老化时间不够或者正负极由于压实过高等原因造成的浸液不充分,三是随着循环电芯内部电解液被消耗完毕。
三、正负极特别是负极与电解液的匹配性的微观表现为致密且稳定的SEI的形成,而右眼可见的表现,既为循环过程中电解液的消耗速度,不完整的SEI膜一方面无法有效阻止负极与电解液发生副反应从而消耗电解液,一方面在SEI膜有缺陷的部位会随着循环的进行而重新生成SEI膜从而消耗可逆锂源和电解液。不论是对循环成百甚至上千次的电芯还是对于几十次既跳水的电芯,若循环前电解液充足而循环后电解液已经消耗完毕,则增加电解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循环性能。
锂离子电池的5个安全隐患
锂离子电池出现安全问题表现为燃烧甚至爆炸,出现这些问题的根源在于电池内部的热失控,除此之外,一些外部因素,如过充、火源、挤压、穿刺、短路等问题也会导致安全性问题。下面由电池之都为大家讲解锂离子电池的5个安全隐患:
1正极材料的安全隐患
当锂离子电池使用不当时,导致电池内部温度的升高,使正极材料会发生活性物质的分解和电解液的氧化。同时,这两种反应能够产生大量的热,从而造成电池温度的进一步上升。不同的脱锂状态对活性物质晶格转变、分解温度和电池的热稳定性影响相差很大。
2负极材料的安全隐患
早期使用的负极材料是金属锂,组装的电池在多次充放电后易产生锂枝晶,进而刺破隔膜,导致电池短路、漏液甚至发生爆炸。嵌锂化合物能够有效避免锂枝晶的产生,大大提高锂离子电池的安全性。
随着温度的升高,嵌锂状态下的碳负极首先与电解液发生放热反应。相同的充放电条件下,电解液与嵌锂人造石墨反应的放热速率远大于与嵌锂的中间相碳微球、碳纤维、焦碳等的反应放热速率。
3隔膜与电解液的安全隐患
锂离子电池的电解液为锂盐与有机溶剂的混合溶液,其中商用的锂盐为六氟磷酸锂,该材料在高温下易发生热分解,并与微量的水以及有机溶剂之间进行热化学反应,降低电解液的热稳定性。电解液有机溶剂为碳酸酯类,这类溶剂沸点、闪点较低,在高温下容易与锂盐释放PF5的反应,易被氧化。
4制造工艺中的安全隐患
锂离子电池在制造过程中,电极制造、电池装配等过程都会对电池的安全性产生影响。如正极和负极混料、涂布、辊压、裁片或冲切、组装、加注电解液的量、封口、化成等诸道工序的质量控制,无一不影响电池的性能和安全性。
浆料的均匀度决定了活性物质在电极上分布的均匀性,从而影响电池的安全性。浆料细度太大,电池充放电时会出现负极材料膨胀与收缩比较大的变化,可能出现金属锂的析出;浆料细度太小会导致电池内阻过大。涂布加热温度过低或烘干时间不足会使溶剂残留,粘结剂部分溶解,造成部分活性物质容易剥离;温度过高可能造成粘结剂炭化,活性物质脱落造成电池内部短路。
5电池使用过程中的安全隐患
锂离子电池在使用过程中应该尽可能减少过充电或者过放电,特别对于单体容量高的电池,因热扰动可能会引发一系列放热副反应,导致安全性问题。
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