鋰離子電池的安全性問題,并不是外圍問題,而是一個基于材料技術的本質問題。
在材料技術上取得突破:
1、 選擇安全的正極材料,目前的正極有鈷酸鋰和錳酸鋰兩種量產的材料產品。鈷酸鋰在小電芯方面是很成熟的體系,由于鈷酸鋰在分子結構方面( LiCo )的特點:充滿電后,仍舊有大量的鋰離子留在正極,當過充時,殘留在正極的鋰離子將會涌向負極,在負極上形成枝晶是采用鈷酸鋰材料的電池過充時必然的結果,甚至在正常充放電過程中,也有可能會有多余的鋰離子游離到負極形成枝晶。所以手機電池頻頻發生爆炸事件,一方面是由于保護電路失效,但更重要的是在材料方面并沒有根本的解決問題。同時鈷酸鋰的氧化性強,在 175 度時就會分解,殼體泄漏,與空氣接觸,發生燃燒、爆炸。
2、 選擇錳酸鋰材料,在分子結構方面保證了在滿電狀態,正極的鋰離子已經完全嵌入到負極炭孔中,從根本上避免了枝晶的產生。同時錳酸鋰穩固的結構,使其氧化性能遠遠低于鈷酸鋰,分解溫度超過鈷酸鋰 100 度,即使由于外力發生內部短路(針刺),外部短路,過充電時,也完全能夠避免了由于析出金屬鋰引發燃燒、爆炸的危險。
3、 選擇熱關閉性能好的隔膜,隔膜的作用是在隔離電池正負極的同時,允許鋰離子的通過。當溫度升高時,在隔膜熔化前進行關閉,從而使內阻上升至 2000 歐姆,讓內部反應停止下來。
4、 防爆閥:當內部壓力或溫度達到預置的標準時,防爆閥將打開,開始進行卸壓,以防止內部氣體積累過多,發生形變,最終導致殼體爆裂。
5、 保護電路:通常保護電路需起到防止過充電,過放電,超大電流的作用。主要原理是通過測量每一只電芯的電壓和總電流,控制開關電路進行整個回路的關斷,在電路的設計上并沒有過高的難度。但保護電路的設計是否合理,可靠性是否足夠高,是考驗生產廠商的能力。保護電路是基于大約數十個個電阻、電容,開關 MOS 管等電子元器件組成的 PCB 電路,各個元器件都存在失效的可能性。失效的保護電路會出現開路或導通兩種狀態,當開路時會導致用戶不能使用電池組,而導通的狀態將會考驗電芯抗過充的能力。