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(gè)大新聞,后來又是網(wǎng)友質(zhì)疑為什么中國區(qū)不實(shí)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(jī)爆炸這些事兒.
*三星電子公司自上月以來在韓國生產(chǎn)了約49萬部蓋樂世 Note 7手機(jī);
*8月下旬,多名Note7用戶將燒毀的手機(jī)照片發(fā)到網(wǎng)上,表示充電時(shí)起火,三星的調(diào)查發(fā)現(xiàn)部分電池確實(shí)存在異常;
*目前在全球范圍內(nèi)已知發(fā)生了35起Note7手機(jī)爆炸和著火事件,這些數(shù)字還可能增長;
*三星宣布將召回在美國、韓國等10個(gè)國家和地區(qū)出售的250萬部蓋樂世Note7,召回手機(jī)將更換新的同款手機(jī)或其他機(jī)型;
*9月2日的記者會(huì)上,三星電子移動(dòng)事業(yè)部負(fù)責(zé)人高東真就召回事件對(duì)消費(fèi)者造成的不便和擔(dān)憂表示道歉,但尚未明確透露召回相關(guān)費(fèi)用的具體數(shù)額,僅表示“數(shù)額之大令人痛心疾首”;
*分析認(rèn)為,大型智能手機(jī)制造商因質(zhì)量問題進(jìn)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(chǎn)品,勢(shì)必將對(duì)三星今年的業(yè)績?cè)斐芍卮笥绊憽?/span>
*三星公司的競爭對(duì)手美國蘋果公司在本周推出蘋果7手機(jī),可能會(huì)對(duì)三星的手機(jī)產(chǎn)品造成沖擊。媒體報(bào)道稱,蓋樂世Note 7和蘋果7手機(jī)的賣點(diǎn)均包括虹膜識(shí)別技術(shù)。英國《金融時(shí)報(bào)》評(píng)論,對(duì)于身陷稅務(wù)糾紛的蘋果而言,三星此次召回可謂一份及時(shí)的禮物。
*韓國SK證券分析稱,僅召回費(fèi)用就將達(dá)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(huì)從預(yù)計(jì)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(yù)也將受影響?!?/span>
*經(jīng)國家質(zhì)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(shù)字移動(dòng)電話機(jī)數(shù)量為1858臺(tái)?!?/span>
1外部短路
外部短路可能由于操作不當(dāng),或誤使用所造成,由于外部短路,電池放電電流很大,會(huì)使電芯的發(fā)熱,高溫會(huì)使電芯內(nèi)部的隔膜收縮或完全損壞,造成內(nèi)部短路,因而爆炸。外部短路可能的工位:
1、上電芯未對(duì)好,造成正負(fù)極接觸;
2、電芯在周轉(zhuǎn)過程中打火;
3、用戶在使用時(shí)正負(fù)極短路;
4、保護(hù)線路板失效。
2內(nèi)部短路
由于內(nèi)部產(chǎn)生短路現(xiàn)象,電芯大電流放電,產(chǎn)生大量的熱,燒壞隔膜,而造成更大的短路現(xiàn)象,這樣電芯就會(huì)產(chǎn)生高溫,使電解液分解成氣體,造成內(nèi)部壓力過大,當(dāng)電芯的外殼無法承受這個(gè)壓力時(shí),電芯就會(huì)爆炸。內(nèi)部短路的工位:
1、正負(fù)裁大片毛刺;
2、正負(fù)極分小片掉料;
3、正負(fù)極分小片毛刺;
4、負(fù)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(shí)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(shí)溫度太高烘壞隔膜;
12、上部膠位置不對(duì);
13、高溫膠紙包住負(fù)極耳;
14、貼底部膠未完全包住底部。
3 過充
電芯過充電時(shí),正極的鋰過度放出會(huì)使正極的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,而放出的鋰過多也容易無法插入負(fù)極中,也容易造成負(fù)極表面析鋰,而且,當(dāng)電壓達(dá)到4.5V以上時(shí),電解液會(huì)分解生產(chǎn)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(yù)充時(shí)電流設(shè)置過大;
2、預(yù)充柜個(gè)別點(diǎn)電流過大;
3、電芯容量不足;
4、檢測時(shí)電流設(shè)置過大;
5、檢測時(shí)個(gè)別點(diǎn)電壓偏大;
6、用戶使用時(shí)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(yīng),生產(chǎn)氣體,充電時(shí),可以和生成的鋰反應(yīng),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(shí)很容易分解生成氣體,當(dāng)這一系列生成的氣體會(huì)使電芯的內(nèi)部壓力增大,當(dāng)電芯的外殼無法承受時(shí),電芯就會(huì)爆炸。
6負(fù)極容量不足
當(dāng)正極部位對(duì)面的負(fù)極部位容量不足,或是根本沒有容量時(shí),充電時(shí)所產(chǎn)生的部分或全部的鋰就無法插入負(fù)極石墨的間層結(jié)構(gòu)中,會(huì)析在負(fù)極的表面,形成突起狀“枝晶”,而下一次充電時(shí),這個(gè)突起部分更容易造成鋰的析出,經(jīng)過幾十至上百次的循環(huán)充放電后,“枝晶”會(huì)長大,最后會(huì)刺穿隔膜紙,使內(nèi)部產(chǎn)生短路。負(fù)極容量不足的工位:
1、正極來料容量偏高;
2、負(fù)極來料容量偏低;
3、正負(fù)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(fù)極涂布不均;
9、負(fù)極暗痕;
10、負(fù)極劃痕;
11、負(fù)極凹點(diǎn);
12、負(fù)極露箔;
13、負(fù)極顆粒;
14、負(fù)極壓片時(shí)壓死;
15、正負(fù)極分檔配對(duì)錯(cuò)誤;
16、負(fù)極包不住正極;
1、鋰電池內(nèi)部采用開關(guān)原件。在電池內(nèi)部溫度上升時(shí),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(shè)置電池出氣孔。在電池內(nèi)壓上升到一定程度后出氣孔自動(dòng)打開,保持內(nèi)壓的平衡,防止電池炸裂的情況出現(xiàn)。
1、優(yōu)化電解質(zhì)體系
目前電解液主要為有機(jī)溶劑,難以承受4.5伏以上的高電壓,容易分解產(chǎn)生氣體,造成電池氣脹、破裂或爆炸。同時(shí),充電狀態(tài)下的正負(fù)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(jié)構(gòu)坍塌,并產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng),而含有機(jī)溶劑的鋰化石墨負(fù)極在接觸空氣時(shí)也容易燃燒。
極性有機(jī)溶劑電解液難以保障動(dòng)力鋰離子電池的安全性,而現(xiàn)有的離子液體要么電化學(xué)窗口不夠?qū)?,要么相?duì)分子質(zhì)量和黏度太大,尚不能完全替代有機(jī)溶劑。因此,發(fā)展低溶劑或無溶劑的聚合物電解質(zhì)、無機(jī)有機(jī)復(fù)合電解質(zhì)或無機(jī)固體電解質(zhì)是提高電池安全性的根本舉措。
2、提高負(fù)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(fù)極,其嵌鋰電位接近金屬鋰的析出電位,在快速充電時(shí)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(huì)使電池內(nèi)短路,后者會(huì)加速電解液分解或與空氣接觸發(fā)生燃燒。提高負(fù)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(fù)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(dāng)材質(zhì)的正負(fù)極隔板材質(zhì)
在溫度上升一定程度后,正負(fù)極隔板材料自動(dòng)溶解,防止鋰離子通過,停止內(nèi)部的充放電反應(yīng)。
4、選用合格的膠黏劑
粘結(jié)劑不合格,產(chǎn)生掉粉,形成毛刺造成隔膜穿刺,內(nèi)部短路,最后導(dǎo)致鋰電池爆炸。
對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) | 應(yīng)用安全性能 (電芯、電池) | 環(huán)境適應(yīng)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(hù) 6.過放電保護(hù) 7.短路保護(hù) | 1.恒定濕熱性能 2.振動(dòng) 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(fù) 5.長時(shí)間貯存 6.循環(huán)能力 7.ESD 8.內(nèi)阻 |
IEC 60086-4 | 1.外部短路 2.強(qiáng)制放電 3.不正常充電 4.錯(cuò)誤安裝 5.過放電 | 1.低氣壓 2.溫度循環(huán) 3.振動(dòng) 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(qiáng)迫放電 4.高速率充電 5.過充電 | 1.振動(dòng) 2.機(jī)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(yīng)力 | —— |
MITI(1962:No.85) 1stClause: Appendix 9 | 1.外部短路 2.強(qiáng)制內(nèi)部短路 3.過充電保護(hù) | 1.熱沖擊 2.擠壓 3.跌落 | —— |
UL 1642 | 1.外部短路 2.異常充電 3.強(qiáng)制放電 | 1.擠壓 2.重錘沖擊 3.熱沖擊 4.溫度循環(huán) 5.機(jī)械沖擊(碰撞) 6.低氣壓 7.振動(dòng) 8.彈射 | —— |
UL 2054 | 1.外部短路 2.異常充電 3.濫充電 4.強(qiáng)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(dòng) 6.燃燒 7.機(jī)械沖擊(碰撞) 8.跌落9.250N擠壓 10.外殼應(yīng)力 11.外殼防火 | —— |
從上表可以看出,目前鋰電池的各種標(biāo)準(zhǔn)主要從三個(gè)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(yīng)性;
3、電性能。
不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池的檢測各有側(cè)重:
IEC 61960主要側(cè)重于鋰電池的電性能測試;
IEC 62133和日本JIS C 8714要求側(cè)重于產(chǎn)品使用安全和環(huán)境適應(yīng)性安全;
GB/T 18287不僅包含了部分安全檢測項(xiàng)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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