锂离子电池常见爆炸原因和类型分析

常见爆炸原因

1、原材料、来料存在严重的质量问题，重要是电解液的质量；

2、极片吸水，水与电解液反应，出现大量的气体和热；

3、注液量偏少，充放电内阻较大，影响锂离子传输；

4、盖板焊接、封口工序不良，密封性能差，存在漏气，外部水分进入；

5、内部微短路，重要是粉尘毛刺，多来源于极片裁切掉料和切刀毛刺；

6、电流过大，负极不能接纳更多的锂离子，形成枝晶，刺穿隔膜短路；

7、电池过充，材料结构坍塌，锂枝晶形成刺穿隔膜。

爆炸类型分析

锂离子电池的爆炸类型，重要分为短路和过充，短路又分为内部短路和外部短路。

咱先说说外部短路，原理很简单，一个导电的物质，从电池外部同时联通了正极和负极。发生外部短路的时候，电流变大，电池内部开始产热，当热量变大，电解液会分解，出现大量气体，电池鼓胀。我们说到很多隔膜有闭孔的功能，达到一定温度隔膜会闭孔，阻止锂离子的传输，从而阻断化学反应，电流降下来，温度也慢慢下降，从而防止了电池爆炸。当然，以上只是基于质量良好的隔膜。

内部短路重要是因为铜箔与铝箔的毛刺穿破隔膜，或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所造成。这些细小的针状金属，会造成微短路。由于很细有一定的电阻值，因此，电流不见得会很大。铜铝箔毛刺会在生产过程造成，可观察到的现象是电池漏电、自放电快，多数可被短路测试仪检测出来。而且，由于毛刺细小，有时会被烧断，使得电池又恢复正常。因此，因毛刺微短路引发爆炸的机率不高。毛刺重要来源于分切，激光切少有毛刺。而枝晶来源就多了，大电流、析锂等等都会造成。

过充造成的爆炸，是比较常见的。电池过充后极片上到处都是针状锂金属结晶，刺穿点到处都是，到处都在发生微短路。因此，电池温度会逐渐升高，最后高温将电解液气体。这种情形，不论是温度过高使材料燃烧爆炸，还是外壳先被撑破，使空气进去与锂金属发生激烈氧化，都是爆炸！！！但是过充引发内部短路造成的这种爆炸，并不一定发生在充电的当时。我们以常见的手机电池分析，还有这样一种情况，电池温度还未高到让材料燃烧、出现的气体也未足以撑破电池外壳时，我们就终止充电，带手机出门。这时众多的微短路所出现的热，慢慢的将电池温度提高，经过一段时间后，才发生爆炸。消费者共同的描述都是拿起手机时发现手机很烫，扔掉后就爆炸。虽然现在很多都有自动断电功能，但还是温馨提示，尽量不要长时间充电。

保护机制

无论是充电，还是放电，我们都有一个衡量标准，通常使用的是以电压来停止。以镍钴锰酸锂配石墨负极的三元电池为例，当电池充电电压高于4.2V时，危险也会悄悄到来，电压越高，危险性越高。因为当电压高于4.2V时候，正极材料里面的锂原子数量减少，储存原子的结构就会坍塌，并且是永久性的是不可逆的。假如继续充电，那么负极已经塞满了锂离子情况下，锂离子就会在负极表面与电子生成锂金属，也就是我们说的枝晶，这些枝晶会刺穿隔膜，使正负极短路。过充还会让温度升高，温度超过180℃，电解液会分解，出现大量的气体和热量，壳体会膨胀，破裂后，氧气进入与锂金属发生剧烈反应也会爆炸。所以充电电压上限是一个保护措施。

锂离子电池放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到2.4V才停止。锂离子电池从3.0V放电到2.4V这段期间，所释放的能量只占电池容量的3%左右。通常，我们三元电池选用3.0V作为一个理想的放电截止电压。所以不要过放是另一个保护措施。

除了刚才说的充电截止电压、放电截止电压以外，我们还用电流来保护电池，也就是我们常关注的倍率性能，那些所谓的几分钟充满电选用了特殊材料，比如石墨烯。可以简单理解为你的茶杯，带网状茶隔的那种，假如你慢慢倒水，一点也不堵，水也不会溅出来。可是你换了一个大水龙头，你会发现网上堵塞了，来不及进去。大电流对电池的伤害重要表现为，电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面出现锂原子结晶，这与过充相同，会造成危险。万一电池外壳破裂，就会爆炸。