講解鋰電池原理及安全特性
來源：寶鄂實業(yè)
2021-07-16 15:51
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鋰離子電池的正極材料通常有鋰的活性化合物組成，負極則是特殊分子結(jié)構(gòu)的碳．常見的正極材料主要成分為 LiCoO2 ，充電時，加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子，嵌入負極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的碳中．放電時，鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的碳中析出，重新和正極的化合物結(jié)合．鋰離子的移動產(chǎn)生了電流．
化學反應原理雖然很簡單，然而在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，需要考慮的實際問題要多得多：正極的材料需要添加劑來保持多次充放的活性，負極的材料需要在分子結(jié)構(gòu)級去設計以容納更多的鋰離子；填充在正負極之間的電解液，除了保持穩(wěn)定，還需要具有良好導電性，減小電池內(nèi)阻．
雖然鋰離子電池很少有鎳鎘電池的記憶效應，記憶效應的原理是結(jié)晶化，在鋰電池中幾乎不會產(chǎn)生這種反應．但是，鋰離子電池在多次充放后容量仍然會下降，其原因是復雜而多樣的．主要是正負極材料本身的變化，從分子層面來看，正負極上容納鋰離子的空穴結(jié)構(gòu)會逐漸塌陷、堵塞；從化學角度來看，是正負極材料活性鈍化，出現(xiàn)副反應生成穩(wěn)定的其他化合物．物理上還會出現(xiàn)正極材料逐漸剝落等情況，總之最終降低了電池中可以自由在充放電過程中移動的鋰離子數(shù)目．
過度充電和過度放電，將對鋰離子電池的正負極造成永久的損壞，從分子層面看，可以直觀的理解，過度放電將導致負極碳過度釋出鋰離子而使得其片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結(jié)構(gòu)里去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來．這也是鋰離子電池為什么通常配有充放電的控制電路的原因．
不適合的溫度，將引發(fā)鋰離子電池內(nèi)部其他化學反應生成我們不希望看到的化合物，所以在不少的鋰離子電池正負極之間設有保護性的溫控隔膜或電解質(zhì)添加劑．在電池升溫到一定的情況下，復合膜膜孔閉合或電解質(zhì)變性，電池內(nèi)阻增大直到斷路，電池不再升溫，確保電池充電溫度正常．
而深充放能提升鋰離子電池的實際容量嗎？專家明確地告訴我，這是沒有意義的．他們甚至說，所謂使用前三次全充放的“激活”也同樣沒有什么必要．然而為什么很多人深充放以后 Battery InformaTIon 里標示容量會發(fā)生改變呢 ? 后面將會提到．
鋰離子電池一般都帶有管理芯片和充電控制芯片．其中管理芯片中有一系列的寄存器，存有容量、溫度、ID 、充電狀態(tài)、放電次數(shù)等數(shù)值．這些數(shù)值在使用中會逐漸變化．我個人認為，使用說明中的“使用一個月左右應該全充放一次”的做法主要的作用應該就是修正這些寄存器里不當?shù)闹?，使得電池的充電控制和標稱容量吻合電池的實際情況．
充電控制芯片主要控制電池的充電過程．鋰離子電池的充電過程分為兩個階段，恒流快充階段（電池指示燈呈黃色時）和恒壓電流遞減階段 ( 電池指示燈呈綠色閃爍．恒流快充階段，電池電壓逐步升高到電池的標準電壓，隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段，電壓不再升高以確保不會過充，電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到 0 ，而最終完成充電．
鋰電池的安全特性
鋰離子電池已非常廣泛的應用于人們的日常生活中，所以它的安全性能絕對應該是鋰離子電池的第一項考核指標。對于鋰離子電池安全性能的考核指標，國際上規(guī)定了非常嚴格的標準，一只合格的鋰離子電池在安全性能上應該滿足以下條件。
（1）短路：不起火，不爆炸
（2）過充電：不起火，不爆炸
（3）熱箱試驗：不起火，不爆炸（150℃恒溫10min）
（4）針剌：不爆炸（用Ф3mm釘穿透電池）
（5）平板沖擊：不起火，不爆炸（10kg重物自1M高處砸向電池）
（6）焚燒：不爆炸（煤氣火焰燒烤電池）
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