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解密电动汽车电池自燃原理及防护措施

2015-06-12 09:37
吃瓜天狼
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  在使用中,锂电池之所以会发生自燃,就是由于防护措施不到位或产生了严重的外力破坏,导致防护失效,而使得金属锂与空气接触所造成的。

  常见的防护措施

  外壳防护,为了防止空气进入,锂电池都被封装在密闭容器冲,并为了防止外力破坏通常配以不锈钢外壳和铝合金外壳。例如,特斯拉的电动汽车,甚至采用了钛合金防护板,以防止汽车使用中,尤其是交通事故中对电池容器的损伤。

  隔膜阻断保护,在防止外力破坏的同时,还要防止来自电池内部产生的破坏。

  通常为了防止电池的正负极直接碰触而短路,电池内会有一层隔膜,一方面将正负极隔开,一方面又允许带电离子通过。

  然而,在锂电池中,隔膜还承担着另一项防护职能。在电池温度过高时,隔膜空隙会自动关闭,让锂离子无法穿越,从而终止整个电池的反应。从而防止了电池由于温度过高,使得其中的电解液气化产生高压,破坏电池密封结构的问题。

  过充电压防护,不仅空气要被阻隔在外,还要防止金属锂从电极中外泄。

  科学家们通过电极材料的纳米空隙和材料晶格机制,来存放和锁住在充放电中形成的金属锂。

  这样一来,即使是电池外壳破裂,氧气进入,也会因氧分子太大进不了这些细小的储存格,而避免自燃的产生。

  然而,用过高的电压或充满后继续过长时间的充电,会对锂电池产生十分危险的损害。

  锂电池充电电压在高于额定电压(一般是4.2V)后,如果继续充电,由于负极的储存格已经装满了锂原子,后续的锂离子会堆积于负极材料表面。这些锂离子由于极化作用,会形成电子转移,形成金属锂,并由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。

  这些没有电极防护的金属锂一方面极为活泼,容易发生氧化反应而发生爆炸。另一方面,形成的金属锂结晶会穿破隔膜,使正负极短路,从而引发短路,产生高温。在高温下,电解液等材料会裂解产生气体,使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂,让氧气进入,并与堆积在负极表面的锂原子反应,进而发生爆炸。

  锂电池充电时,一定要设定电压上限和过充保护。在正规电池厂家出产的锂电池中,都装有这样的保护电路。当电压超标或电量充满时自动断电。

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