由于錯(cuò)誤使用會(huì)減少壽命,甚至可能導(dǎo)致爆炸,所以,鋰離子電池設(shè)計(jì)時(shí)增加了多種保護(hù)機(jī)制。
保護(hù)電路
防止過(guò)充、過(guò)放、過(guò)載、過(guò)熱。
排氣孔
因其具有防爆炸功能,電池界業(yè)內(nèi)人士也稱(chēng)為防爆孔或防爆線。原理十分簡(jiǎn)單,在殼體表面劃出一條比殼體表面厚度稍微薄一點(diǎn)的線或孔,當(dāng)電芯短路時(shí),電池內(nèi)部短時(shí)間內(nèi)將產(chǎn)生大量氣體并迅速增大壓強(qiáng),當(dāng)壓力過(guò)載時(shí),因防爆孔薄于殼體其余地方,氣體便防爆孔處泄氣,從而達(dá)到避免電芯整體爆炸的危險(xiǎn)。
隔膜
隔離電芯正、負(fù)極片,以防止卷芯內(nèi)部正、負(fù)極片直接接觸造成短路;從微觀角度看,隔膜表面為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),通常有PP、PE之分,也有PE、PP復(fù)合在一起的。
區(qū)分隔膜通常按厚度、寬度進(jìn)行劃分,鋁殼鋰離子電池使用的隔膜厚度通常為16um、18um、20um等,動(dòng)力電池使用的隔膜厚度以30um以上為主流。
若按形狀區(qū)分則有卷狀、條狀之分。卷狀隔膜就是將裁剪好寬度的隔膜卷在一個(gè)紙筒上,供客戶自行裁剪隔膜單條長(zhǎng)度(形狀與透明膠相似)。條狀隔膜則由供應(yīng)商按客戶提供的長(zhǎng)、寬、厚等參數(shù),直接裁剪好成條狀的隔膜。卷狀隔膜的優(yōu)點(diǎn)在于通用性強(qiáng),但需增加人力進(jìn)行裁剪,條狀隔膜優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需人力裁剪即可使用,但是通用性不強(qiáng)。
隔膜在電池內(nèi)部溫度過(guò)高時(shí)還能融化,以防止電池爆炸。當(dāng)電池內(nèi)部溫度達(dá)到130℃(鋰離子電池國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18287-2000)以上時(shí),隔膜的網(wǎng)狀孔將閉合,阻止鋰離子通過(guò)升高內(nèi)阻(至2kΩ),以達(dá)到阻止電芯內(nèi)部溫度繼續(xù)升高的作用,從而保護(hù)電芯產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)。
排氣孔、隔膜一旦激活,電池將永久失效。
鋰電池鼓殼
鋰是化學(xué)周期表上直徑最小也最活潑的金屬。體積小所以容量密度高,廣受消費(fèi)者與工程師歡迎。但是,化學(xué)特性太活潑,則帶來(lái)了極高的危險(xiǎn)性。鋰金屬暴露在空氣中時(shí),會(huì)與氧氣產(chǎn)生激烈的氧化反應(yīng)而爆炸。 為了提升安全性及電壓,科學(xué)家們發(fā)明了用石墨及鈷酸鋰等材料來(lái)儲(chǔ)存鋰原子。這些材料的分子結(jié)構(gòu),形成 了奈米等級(jí)的細(xì)小儲(chǔ)存格子,可用來(lái)儲(chǔ)存鋰原子。這樣一來(lái),即使是電池外殼破裂,氧氣進(jìn)入,也會(huì)因氧分子太大,進(jìn)不了這些細(xì)小的儲(chǔ)存格,使得鋰原子不會(huì)與氧氣接觸而避免爆炸。
鋰離子電池的這種原理,使得人們?cè)讷@得它高容量密度的同時(shí),也達(dá)到安全的目的。 鋰離子電池充電時(shí),正極的鋰原子會(huì)喪失電子,氧化為鋰離子。鋰離子經(jīng)由電解液游到負(fù)極去,進(jìn)入負(fù) 極的儲(chǔ)存格,并獲得一個(gè)電子,還原為鋰原子。放電時(shí),整個(gè)程序倒過(guò)來(lái)。為了防止電池的正負(fù)極直接碰觸 而短路,電池內(nèi)會(huì)再加上一種擁有眾多細(xì)孔的隔膜紙,來(lái)防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過(guò)高時(shí), 自動(dòng)關(guān)閉細(xì)孔,讓鋰離子無(wú)法穿越,以自廢武功,防止危險(xiǎn)發(fā)生。