鋰離子來回搖擺,正負極一直不相觸摸,經過外電路相連,在鋰離子搬遷的同時,外電路相應的電子運動,發作電流。這就是鋰電池的根本奧義,可充電放電。如果正負極直觸摸摸,構成短路,電能轉換成為熱能,就會構成短時間溫度飆升失控,進而焚燒爆破。防止電池內部陰陽極短接確保電池使用安全,這就是電池的第二奧義。電池中,阻隔陰陽極的組件稱為阻隔膜(板),它是一層具有必定強度的多孔結構高分子聚烯烴膜,也就是一層有孔的塑料。
電池在長期使用進程中,因為充放電時正極負極材料的微觀結構改動的不可逆,導致整個電芯系統的體積會有所增大,特別是高能量密度和快速充電的電池。高能量密度電芯規劃會選用克容量(單位分量可充電量)更高的正負極材料,這些材料的特性之一就是嵌入鋰離子時體積增大程度更甚。電芯脹大會對阻隔膜發作一個揉捏/拉伸效果,這時分阻隔膜有較大的破損風險。這次燒的三星note7電池,在現在干流手機廠商/類型中,能量密度是最高的(見下表,數據來自各官網材料),還都使用了1.2C快充。風險不可謂不高。依照三星之前的剖析,SDI電池起火的有一部分原因就壞事在阻隔膜上。
干流廠商電池對比
一個是電芯阻隔膜Overhang不行,一個是電池在充放電時分,因為異物顆粒的緣故,阻隔膜遭到揉捏,導致阻隔膜片破損。電池規劃制作從業者應該從一開始就辨認出這種安全風險高的缺點,并加以防控。特別是關于動力電池來說,幾十乃至上百倍的單體容量,一旦發作短路,發作的能量失控開釋結果是愈加嚴重。
Overhang,是指阻隔膜多出正負極極片之外的部分,一般會依據電池極片的寬度加上相應的規劃余量來規則。Overhang的規劃要考慮電芯制作進程和使用進程中阻隔膜的尺度改動。
比方,現有鋰電池系統關于電芯內部的水含量要求比較嚴格,因為水分會導致電池在充放電時分發作更多的副反應,消耗電解液,損壞正負極活性外表,改動活性物質結構等,使電池的可充放電功能下降,縮短電池使用壽命。
所以,電芯都會有一個高溫除水的工序,這時分,聚烯烴阻隔膜因為熱回憶效應,會發作熱收縮,構成尺度減小,陰陽極觸摸的風險會添加!別的再說異物顆粒。電芯在整個制作進程中,十分簡單帶入異物顆粒,比方:阻隔膜來料異物,阻隔膜處理引進,正極負極顆粒掉落,機器磨損發作金屬顆粒,空氣塵土,員工操作引進等。這些顆粒因為導電功能,顆粒大小,顆粒硬度,顆粒外表幾許形狀等,擠破阻隔膜的風險也不盡相同。異物顆粒較多的電池,往往電壓降較快,使用壽命較短,跟著電池使用時間的添加,這種電芯短路焚燒的風險也更大。如此大的短路風險,是否有辦法能夠辨認呢?
參閱沿襲電子電器職業的絕緣性測驗辦法,現在大部分的電池廠都會對電芯進行絕緣性測驗。美標/國標針對電器的絕緣性測驗是一個擊穿測驗,在受測元件的兩頭加上一個高電壓,如果絕緣阻隔單元存在缺點或許絕緣功能不行,就會呈現漏電流,視為導通,記載擊穿電壓。一般絕緣線纜的擊穿電壓要求在2000V以上。電芯進行絕緣性測驗時,是進行耐壓測驗,通常是規則一個電壓,加載在電芯兩頭,如果電芯阻值小于某個規則值,即視為短路。
關于阻隔膜存在缺點或許因為Overhang缺乏導致陰陽極直觸摸摸的狀況,這時分的短路電阻一般都在kohm等級以下。關于存在異物顆粒,特別是導電性較好/風險系數較高的金屬顆粒的狀況下,其檢出電阻一般在快挨近Mohm等級的水平。耐壓測驗一般被認為是無損測驗,其測驗進程能夠等效為一個電容充電進程,在撤去測驗電壓后,攜帶電荷會很快散盡。但是在導電顆粒存在的地方,乃至會構成畸變電場,發作尖端放電,將阻隔膜擊穿,電壓越高,這種體現越顯著,顆粒檢出的概率就越高。