鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2171次 | 2019年01月07日
剖析國(guó)內(nèi)外鋰電池過(guò)充電標(biāo)準(zhǔn)
(一)目前對(duì)應(yīng)普通鋰電池的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn):
以IEC62133標(biāo)準(zhǔn)及目前普通鋰電池的國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為例,其中與過(guò)充電有關(guān)的條款如下:
Section4.3.9ofIEC62133:2002
測(cè)試流程:ThecellisdischargedasdescribedinIEC61960,thenchargedfromapowersupplyof≥10V,atthechargingcurrentIrec,recommendedbythemanufacturer,for2,5C5/Irech.
測(cè)試判據(jù):Nofire,noexplosion.
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
(二)目前對(duì)應(yīng)普通鋰電池的國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):
測(cè)試流程:電池充滿電,之后以3C5A充電,直至電池電壓為4.6V/4.8V5V,電流降至接近0A。試驗(yàn)直到電池出現(xiàn)起火、爆炸,或電池表面溫度降到比峰值低10℃,結(jié)束試驗(yàn)。
測(cè)試判據(jù):不起火、不爆炸
(三)標(biāo)準(zhǔn)分析:
對(duì)于終端用戶來(lái)講,由于所使用的均是帶有保護(hù)IC的BatteryPack,正常情況下會(huì)有過(guò)充電保護(hù),從而阻止電池過(guò)度充電。但如果保護(hù)IC異常失效,則電芯承受一定過(guò)充電能力就顯得重要了,目前次品充電器和次品BatteryPack在市場(chǎng)上泛濫,對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)這也增加了電池被過(guò)充電的可能性和危險(xiǎn)性?,F(xiàn)階段對(duì)于普通電子產(chǎn)品鋰電芯而言,最通用的過(guò)充電標(biāo)準(zhǔn)是3C/4.6V或3C/4.8V,但也有更為嚴(yán)格的要求如3C/5.0V、1C/10V、1C/12V、3C/10V等,這些嚴(yán)格的要求就需要通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)或更改材料來(lái)達(dá)到了。
標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
(四)失效原因分析:
通過(guò)對(duì)過(guò)充后而未起火爆炸的電芯進(jìn)行解剖觀察,通常我們可以發(fā)現(xiàn)如下事實(shí):
①內(nèi)部有少量的氣體生成;
②負(fù)極呈現(xiàn)金黃色至微紅色,之后迅速變白色。放入水中,有非常劇烈的反應(yīng);
③正極呈現(xiàn)灰色;
④集流體Al箔和Cu箔沒(méi)有明顯的變化;
⑤通過(guò)DSC等手段,可發(fā)現(xiàn)隔膜也沒(méi)有發(fā)生明顯的變化;
通過(guò)鋰電池的充放電機(jī)理及實(shí)際過(guò)充現(xiàn)象的分析我們知道在過(guò)充電時(shí),過(guò)量的鋰離子從正極脫出,嵌入或沉積到電池負(fù)極上,使得兩個(gè)電極的熱穩(wěn)定性變差,正極傾向于分解并釋放化學(xué)能同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱,釋放出氧氣能夠催化電解液的分解。當(dāng)溫度足夠高時(shí),將引起負(fù)極的化學(xué)反應(yīng),負(fù)極上沉積的活性金屬鋰與溶劑反應(yīng)后放熱,使化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能,電池的溫度將由此迅速升高,最終導(dǎo)致熱失控而發(fā)生危險(xiǎn)事故。
鋰電池過(guò)充狀態(tài)下的電流率也是影響電池過(guò)充性能的重要因素,尤其是高容量電池更是如此。這主要是由于電池中的鋰與電池負(fù)極中的石墨碳形成LiC6n化合物,其的反應(yīng)速度是一定的。在小電流充電時(shí),不會(huì)形成鋰原子堆積,因此比較安全。在大電流時(shí)形成鋰原子速度會(huì)比形成LiC6n速度快,因此在此情況下會(huì)造成鋰原子堆積,電池易產(chǎn)生負(fù)反應(yīng)或形成鋰枝晶,從而導(dǎo)致放出大量的熱量而產(chǎn)生危險(xiǎn)。
電池容量的大小會(huì)影響電芯的產(chǎn)熱、散熱速率,同樣也是一個(gè)影響電池過(guò)充性能的重要因素。在相同的化學(xué)體系下,低容量電池過(guò)充性能會(huì)優(yōu)于高容量電池,這也是為什么高容量鋰電池相對(duì)不安全的原因之一。
(五)解決方案建議:
根據(jù)上述失效分析,我們可以有針對(duì)性的采用熱穩(wěn)定性更好的材料(如有過(guò)充添加劑的電解液,在過(guò)充電時(shí)添加劑聚合,增加電池內(nèi)阻,以降低發(fā)熱量)來(lái)增加防過(guò)充性能,減小體密度在一定程度上也可以優(yōu)化過(guò)充性能。對(duì)于終端電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者及使用者來(lái)講,應(yīng)盡量避免使電池大電流充電。