鋰離子電池電芯過充到電壓高于4.2V后，會開始出現(xiàn)副用途。過充電壓愈高，危險(xiǎn)性也跟著愈高。鋰電芯電壓高于4.2V后，正極材料內(nèi)剩下的鋰原子數(shù)量不到一半，此時(shí)儲存格常會垮掉，讓電池容量出現(xiàn)永久性的下降。假如繼續(xù)充電，由于負(fù)極的儲存格已經(jīng)裝滿了鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會堆積于負(fù)極材料表面。這些鋰原子會由負(fù)極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結(jié)晶。這些鋰金屬結(jié)晶會穿過隔膜紙，使正負(fù)極短路。有時(shí)在短路發(fā)生前電池就先爆炸，這是因?yàn)樵谶^充過程，電解液等材料會裂解出現(xiàn)氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破裂，讓氧氣進(jìn)去與堆積在負(fù)極表面的鋰原子反應(yīng)，進(jìn)而爆炸。因此，鋰離子電池充電時(shí)，一定要設(shè)定電壓上限，才可以同時(shí)兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。最理想的充電電壓上限為4.2V。

鋰電芯放電時(shí)也要有電壓下限。當(dāng)電芯電壓低于2.4V時(shí)，部分材料會開始被破壞。又由于電池會自放電，放愈久電壓會愈低，因此，放電時(shí)最好不要放到2.4V才停止。鋰離子電池從3.0V放電到2.4V這段期間，所釋放的能量只占電池容量的3%左右。因此，3.0V是一個(gè)理想的放電截止電壓。

充放電時(shí)，除了電壓的限制，電流的限制也有其必要。電流過大時(shí)，鋰離子來不及進(jìn)入儲存格，會聚集于材料表面。這些鋰離子獲得電子后，會在材料表面出現(xiàn)鋰原子結(jié)晶，這與過充相同，會造成危險(xiǎn)性。萬一電池外殼破裂，就會爆炸。

因此，對鋰離子電池的保護(hù)，至少要包含：充電電壓上限、放電電壓下限、及電流上限三項(xiàng)。一般鋰離子電池組內(nèi)，除了鋰離子電池芯外，都會有一片保護(hù)板，這片保護(hù)板重要就是供應(yīng)這三項(xiàng)保護(hù)。但是，保護(hù)板的這三項(xiàng)保護(hù)顯然是不夠的，全球鋰離子電池爆炸事件還是頻傳。要確保電池系統(tǒng)的安全性，必須對電池爆炸的原因，進(jìn)行更仔細(xì)的分析。

電池爆炸原因:

1:內(nèi)部極化較大.

2:極片吸水,與電解液發(fā)生反應(yīng)氣鼓.

3:電解液本身的質(zhì)量,性能問題.

4:注液時(shí)候注液量達(dá)不到工藝要求.

5:裝配制程中激光焊焊接密封性能差,漏氣，測漏氣時(shí)漏測.

6:粉塵,極片粉塵首先易導(dǎo)致微短路.

7:正負(fù)極片較工藝范圍偏厚,入殼難.

8:注液封口問題,鋼珠密封性能不好導(dǎo)致氣鼓.

9:殼體來料存在殼壁偏厚,殼體變形影響厚度.

爆炸類型分析

電池芯爆炸的類形可歸納為外部短路、內(nèi)部短路、及過充三種。此處的外部系指電芯的外部，包含了電池組內(nèi)部絕緣設(shè)計(jì)不良等所引起的短路。

當(dāng)電芯外部發(fā)生短路，電子組件又未能切斷回路時(shí)，電芯內(nèi)部會出現(xiàn)高熱，造成部分電解液汽化，將電池外殼撐大。當(dāng)電池內(nèi)部溫度高到135攝氏度時(shí)，質(zhì)量好的隔膜紙，會將細(xì)孔關(guān)閉，電化學(xué)反應(yīng)終止或近乎終止，電流驟降，溫度也慢慢下降，進(jìn)而防止了爆炸發(fā)生。但是，細(xì)孔關(guān)閉率太差，或是細(xì)孔根本不會關(guān)閉的隔膜紙，會讓電池溫度繼續(xù)升高，更多的電解液汽化，最后將電池外殼撐破，甚至將電池溫度提高到使材料燃燒并爆炸。

內(nèi)部短路重要是因?yàn)殂~箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜，或是鋰原子的樹枝狀結(jié)晶穿破膈膜所造成。這些細(xì)小的針狀金屬，會造成微短路。由于，針很細(xì)有一定的電阻值，因此，電流不見得會很大。銅鋁箔毛刺系在生產(chǎn)過程造成，可觀察到的現(xiàn)象是電池漏電太快，多數(shù)可被電芯廠或是組裝廠篩檢出來。而且，由于毛刺細(xì)小，有時(shí)會被燒斷，使得電池又恢復(fù)正常。因此，因毛刺微短路引發(fā)爆炸的機(jī)率不高。

這樣的說法，可以從各電芯廠內(nèi)部都常有充電后不久，電壓就偏低的不良電池，但是卻鮮少發(fā)生爆炸事件，得到統(tǒng)計(jì)上的支持。因此，內(nèi)部短路引發(fā)的爆炸，重要還是因?yàn)檫^充造成的。因?yàn)椋^充后極片上到處都是針狀鋰金屬結(jié)晶，刺穿點(diǎn)到處都是，到處都在發(fā)生微短路。因此，電池溫度會逐漸升高，最后高溫將電解液氣體。這種情形，不論是溫度過高使材料燃燒爆炸，還是外殼先被撐破，使空氣進(jìn)去與鋰金屬發(fā)生激烈氧化，都是爆炸收場。

但是過充引發(fā)內(nèi)部短路造成的這種爆炸，并不一定發(fā)生在充電的當(dāng)時(shí)。有可能電池溫度還未高到讓材料燃燒、出現(xiàn)的氣體也未足以撐破電池外殼時(shí)，消費(fèi)者就終止充電，帶手機(jī)出門。這時(shí)眾多的微短路所出現(xiàn)的熱，慢慢的將電池溫度提高，經(jīng)過一段時(shí)間后，才發(fā)生爆炸。消費(fèi)者共同的描述都是拿起手機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)手機(jī)很燙，扔掉后就爆炸。

綜合以上爆炸的類型，我們可以將防爆重點(diǎn)放在過充的防止、外部短路的防止、及提升電芯安全性三方面。其中過充防止及外部短路防止屬于電子防護(hù)，與電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)及電池組裝有較大關(guān)系。電芯安全性提升之重點(diǎn)為化學(xué)與機(jī)械防護(hù)，與電池芯制造廠有較大關(guān)系。

四、設(shè)計(jì)規(guī)范

由于全球手機(jī)有數(shù)億只，要達(dá)到安全，安全防護(hù)的失敗率必須低于一億分之一。電路板的故障率一般都遠(yuǎn)高于一億分之一。因此，諸多鋰離子電池廠家電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須有兩道以上的安全防線。常見的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)是用充電器(adaptor)直接去充電池組。這樣將過充的防護(hù)重任，完全交給電池組上的保護(hù)板。雖然保護(hù)板的故障率不高，但是，即使故障率低到百萬分之一，機(jī)率上全球還是天天都會有爆炸事故發(fā)生。

電池系統(tǒng)如能對過充、過放、過電流都分別供應(yīng)兩道安全防護(hù)，每道防護(hù)的失敗率假如是萬分之一，兩道防護(hù)就可以將失敗率降到一億分之一。常見的電池充電系統(tǒng)方塊圖如下，包含充電器及電池組兩大部分。①充電器又包含適配器(Adaptor)及充電控制器兩部分。適配器將交流電轉(zhuǎn)為直流電，充電控制器則限制直流電的最大電流及最高電壓。②電池組包含保護(hù)板及電池芯兩大部分，以及一個(gè)PTC來限定最大電流。

適配器交流變直流文字方塊：電控制器限流限壓文字方塊:充電器文字方塊:保護(hù)板過充、過放、過流等防護(hù)文字方塊:電池組文字方塊:限流片文字方塊:電池芯以手機(jī)電池系統(tǒng)為例，過充防護(hù)系統(tǒng)利用充電器輸出電壓設(shè)定在4.2V左右，來達(dá)到第一層防護(hù)，這樣就算電池組上的保護(hù)板失效，電池也不會被過充而發(fā)生危險(xiǎn)。第二道防護(hù)是保護(hù)板上的過充防護(hù)功能，一般設(shè)定為4.3V。這樣，保護(hù)板平常不必負(fù)責(zé)切斷充電電流，只有當(dāng)充電器電壓異常偏高時(shí)，才要?jiǎng)幼?。過電流防護(hù)則是由保護(hù)板及限流片來負(fù)責(zé)，這也是兩道防護(hù)，防止過電流及外部短路。由于過放電只會發(fā)生在電子產(chǎn)品被使用的過程。因此，一般設(shè)計(jì)是由該電子產(chǎn)品的線路板來供應(yīng)第一到防護(hù)，電池組上的保護(hù)板則供應(yīng)第二道防護(hù)。當(dāng)電子產(chǎn)品偵測到供電電壓低于3.0V時(shí)，應(yīng)該自動關(guān)機(jī)。假如該產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)未設(shè)計(jì)這項(xiàng)功能，則保護(hù)板會在電壓低到2.4V時(shí)，關(guān)閉放電回路。