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锂电池是如何工作的

时间:2017-02-24 18:03来源:未知 作者:admin 点击:
最近锂离子电池频繁现诸报道,因为它们偶尔会出现突然着火的现象。每一百万锂离子电池组中仅有2~3组有问题,所以并不常见。不过当出现这种情况时,后果是及其严重的。当事故率较高时,制造商就不得不在全世界范围内召回电池,这将带来数百万美元的损失。

电池测试在线供稿:锂电池是如何工作的

 一、             锂电池是如何工作的

   最近锂离子电池频繁现诸报道,因为它们偶尔会出现突然着火的现象。每一百万锂离子电池组中仅有2~3组有问题,所以并不常见。不过当出现这种情况时,后果是及其严重的。当事故率较高时,制造商就不得不在全世界范围内召回电池,这将带来数百万美元的损失。

   现在锂离子电池很受欢迎。你能在掌上电脑、移动计算产品、手机和苹果播放器上发现它们。锂离子电池如此常见是因为,在同等条件下,它们是电量最高的可充电电池之一。 

   那么问题来了。是什么让这些电池电力十足、倍受欢迎?它们为什么会突然着火?我们能做什么去阻止这些和延长电池使用寿命?在这篇文章中,我们将回答这些问题并且探究更多问题。

 (一) 锂离子电池很受欢迎是因为与其它竞争者相比它们有如下优势: 

1.             在尺寸相当时,锂离子电池同其他类型的充电电池相比通常比较轻。锂离子电池的电极是由轻质的锂和碳组成,锂元素也是一种极其活泼的元素,意味着它的原子键中蕴含着许多能量,对锂离子电池来说这些能量形成了很高的能量密度。下面这个对比可以让您对锂离子电池的能量密度有一个直观感受。典型的锂离子电池每公斤能够储存150瓦特小时的电量,每公斤锂氢电池能够储存大概100瓦特小时,虽然6070瓦特小时可能更加典型,而每公斤铅酸电池仅能储存25瓦特小时。使用铅酸蓄电池技术,储存相同容量的电量,需要花费6公斤,而一公斤锂离子电池就能够做到,这是一个巨大的区别。【来源:Everything2.com

2.             锂离子电池能保持电量。同锂氢电池每个月损失20%的电量相比,锂离子电池组每个月仅损失5%的电量。

3.             锂离子电池没有记忆效应。意味着你不需要像对待其它电池一样,在充电之前给它们完全放电。

4.             锂离子电池可以经受住千百次的充放电循环。 

(二) 当然并不是说锂离子电池就是完美无瑕的,它们也有一些不足之处: 

1.             锂离子电池一出厂就开始退化,无论你用或者不用,从制造出的那一天开始计算,它们只能使用两到三年。

2.             锂离子电池在高温下极易受影响。高温导致锂离子电池退化远超过平时。

3.             如果你对锂离子电池完全放电,它就不能使用了。

4.             锂离子电池组必须有一个保护电路来管理电池,这使得锂离子电池的使用成本更加昂贵。

5.             还有一个小概率事件就是,如果锂离子电池组失效,可能会导致着火。

 

这些特性中很多都能够通过研究锂电池的内部结构来理解,我们接下来看锂电池的内部结构。

 

 

二、             锂电池的内部结构

   锂离子电池组形状各异、大小不同,但它们的内部结构基本一致,假如你拆开笔记本电脑的锂电池(当然我们并不推荐你这样做,因为可能缩短电池使用寿命甚至引发火灾),你将会发现以下几点:

锂电池可以是同5号电池看起来几乎一样的圆柱状电池,也可以是棱柱状的,也就是说正方形或长方形的。

1.             计算及控制部分 

(1)             至少一个温度传感器,用来监控电池温度。

(2)             一个电压转化器和整流电路,用来确保电压和电流处于安全水平。

(3)             一个具有保护罩的的笔记本连接器,用来传入/传出能量及信息。

(4)             一个电压抽头,用来监控电池组中独立电池的电力容量。

(5)             一个电池充电状态监测装置,是一个小型的电脑能够操控整个电池充电过程来确保电池充电尽可能的迅速、完全。

   如果电池组在充电或者使用过程中过热,计算机将完全关闭电力循环来尝试降温。如果你把笔记本电脑放在温度极高的私家车中并且试着去使用它,电脑会无法供电,除非温度降下来。如果哪一次电池被完全放电,电池组将停止工作因为电池已经报废了。电池组也可以记录充放电循环的次数并且发出信息,然后笔记本电脑的电池记录仪能够告诉你电池还剩多少电量。

它是一个机灵而精细的小型电脑,并且它能消耗电池的功率。这些功率消耗是锂离子电池闲置时每月损耗5%电量的原因之一。

2.             锂离子电池

   和大多数的电池一样,锂离子电池有一个用金属做的外壳。在这里金属的使用时及其重要,因为电池是加压的。金属外壳有各种各样的压敏排气孔。如果电池过热以至于有过压而爆炸的风险,排气孔将会释放出额外的压力。电池可能因此而之后报废,所以这个事情需要避免。排气孔作为一个安全措施是必须存在的。正温度系数(PTC)转换器也是如此,它可以避免电池组过热。

 

 

  金属外壳包含了一个很长的螺旋形物,螺旋形物由三个压在一起的薄片构成:

a)        正电极、负电极、隔板

b)        在外壳里面,这些薄片被浸没在用作为电解液的有机溶剂中。

c)        这个隔板是一个很薄的微孔塑料薄板。自如其名,它分隔开正电极和负电极但是允许离子通过。

d)        正电极是由钴酸锂(LiCoO2)构成,负电极是由碳棒构成。当电池充电时,锂离子通过电解液从正电极到负电极然后粘附到碳棒上,在放电时,锂离子从碳棒上移回到LiCoO2上。

 

 

   这些锂离子的移动发生在一个相当高的电压之下,所以每个电池产生3.7伏特电压。这个数值比你在超市中买到的普通AA碱性电池的典型电压要高很多,这有助于锂离子电池在小型设备中实现紧凑化,比如手机。

接下来我们将探讨如何延长锂电池的寿命并且探究为什么它们会爆炸等问题。

三、             锂电池怎么样才能爆炸?

 

    谈到锂电池的安全问题,大家自然而然就联想到各种爆炸。无论是手机锂电池还是现在流行的移动电源,各种因为电池燃烧和爆炸引起的事故还是非常令人忌惮的。但是关于锂电池爆炸的真相,很多人并不了解,甚至还有各种传言加深了大家对锂电池锂电芯的误解。今天一起来探个究竟:锂电池怎样才能爆炸?

 

     锂电池的内部构造很简单,就像是3+2夹心饼干,饼干,就是正负极的隔膜,夹心,就像点解液。放电的时候,饼干中间的夹心不断的游泳。

 

    充满电的锂电池,就是电子都游到3+2夹心饼干一侧的饼干上,而夹心和中间的饼干就负责隔开象征正负极的两块饼干。那么一块锂电池,要怎么样才能爆炸呢?摔可以爆炸吗?不行,软壳的锂电池和铝壳的锂电池都具有一定的延展性,因此摔它并不足以让其爆炸。

        用刀子扎它呢?用刀子刺穿锂电池可以让锂电池内部短路,产生高温,由于壳体已经被穿刺,形不成爆炸密闭条件。

  用火烧呢?灼烧锂电池可以让锂电池内部电解液蒸发,通过电池泄气阀泄露出去,产生喷射的火苗这也非常危险,但仍然不会导致电池爆炸

  用火烧呢?灼烧锂电池可以让锂电池内部电解液蒸发,通过电池泄气阀泄露出去,产生喷射的火苗这也非常危险,但仍然不会导致电池爆炸

     试了那么多方法,都不能使锂电池爆炸。其实爆炸是从内部开始的吗?

   短路会导致爆炸,密闭的内部短路,可以短时间让电池产生高温并让内部的液体以及少量的蒸汽膨胀新城大量气体,来不及从泄气阀中排除从而短时间形成高温高压,从而爆炸就发生了。

  黑工厂生产的锂电池,也会导致爆炸。劣质锂电池生产长生在涂布,卷绕过程中生产洁净度和干燥度不够,让太多水分和杂志进入电池,从而导致爆炸。

  电解液不合格也会导致爆炸。锂电池使用的电解液不合格在一定条件下分解水分而导致爆炸。

        粘结剂不合格,也会导致锂电池爆炸。粘结剂不合格,产生掉粉,形成毛刺造成隔膜穿刺,内部短路,最后导致锂电池爆炸。

   所以,使用正品锂电池,是保证不发生危险的最有效办法。

 

 

四、             锂电池的














锂离子电池组比较昂贵,所以如果你想使你的锂电池寿命更长,下面是一些注意事项:

1.             锂元素偏爱局部放电而不是深度放电,因此最好避免将电量一路下降到零。因为锂元素没有记忆效应,所以局部放电对它无害。如果锂离子电池的电压下降到一个特定的水准,就报废了。

2.             锂离子电池的寿命。它们仅能使用两到三年,即使是放在架子上没有使用。所以不要带着电池组将能使用五年的想法去避免使用电池,它不能做到的。同样,如果你正在买一个新的电池,你需要确保它是否真的是新的。如果锂电池已经存放在架子上一年时间了,它将无法长时间使用,出厂时间是很重要的。

3.             避免高温,高温会使锂电池退化。

 

五、             锂电池爆炸

  之前我们讲到如何使锂电池寿命更长,现在我们将探讨为什么它们会爆炸。

  如果锂电池的温度足够高以至于点燃了电解液,你将会面临一场火灾。

  在网上有视频剪辑和照片能够表明这些燃烧能够有多么的严重。加拿大广播公司(CBC)发文章《笔记本电脑爆炸的夏天》综述了几起类似的事件。

  当一个上述的火灾发生时,通常是由于电池内部的短路引起。回想先前的部分,锂离子电池包含一个使正负电极分离开来的薄板。如果薄板被击穿正负电极相接触,电池将迅速升温。你可能已经经历过种电池产生的这种温度,如果你曾经把一个正常的9伏电池放到你的荷包里,恰好一个硬币短路了电池正负两级,电池会变得相当的热。

  当隔板失效时,同样的短路会在锂离子电池内部发生。因为锂电池是如此的有活力,它们变得很热。高温导致电池排除作为电解液的有机溶剂,并且热量(或者附近的火星)能够点燃有机溶剂。一旦这些发生在一个电池的内部,燃烧的热量流注到其他的电池上然后整个电池组遍布火焰。

  有必要指出的是锂离子电池着火是及其少有的事情。并且,几起失火和零星报道就足以促成一场召回。

 

 

 


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