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    鋰離子可充電電池的多重保護機制


      由于錯誤使用會減少壽命,甚至可能導致爆炸,所以,鋰離子可充電電池設計時增加了多種保護機制。

      保護電路

      防止過充、過放、過載、過熱。

      排氣孔

      因其具有防爆炸功能,電池界業內人士也稱為防爆孔或防爆線。原理十分簡單,在殼體表面劃出一條比殼體表面厚度稍微薄一點的線或孔,當電芯短路時,電池內部短時間內將產生大量氣體并迅速增大壓強,當壓力過載時,因防爆孔薄于殼體其余地方,氣體便從防爆孔處泄出,從而達到避免電芯整體爆炸的危險。

      隔膜

      隔離電芯正、負極片,以防止卷芯內部正、負極片直接接觸造成短路;從微觀角度看,隔膜表面為網狀結構,通常有PP、PE之分,也有PE、PP復合在一起的。

      區分隔膜通常按厚度、寬度進行劃分,鋁殼鋰離子電池使用的隔膜厚度通常為16um、18um、20um等,動力電池使用的隔膜厚度以30um以上為主流。

      若按形狀區分則有卷狀、條狀之分。卷狀隔膜就是將裁剪好寬度的隔膜卷在一個紙筒上,供客戶自行裁剪隔膜單條長度(形狀與透明膠相似)。條狀隔膜則由供應商按客戶提供的長、寬、厚等參數,直接裁剪好成條狀的隔膜。卷狀隔膜的優點在于通用性強,但需增加人力進行裁剪,條狀隔膜優點在于無需人力裁剪即可使用,但是通用性不強。

      隔膜在電池內部溫度過高時還能融化,以防止電池爆炸。當電池內部溫度達到130℃(鋰離子電池國家標準gb18287-2000)以上時,隔膜的網狀孔將閉合,阻止鋰離子通過升高內阻(至2kΩ),以達到阻止電芯內部溫度繼續升高的作用,從而保護電芯產生爆炸的危險。

      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,廣受消費者與工程師歡迎。但是,化學特性太活潑,則帶來了極高的危險性。鋰金屬暴露在空氣中時,會與氧氣產生激烈的氧化反應而爆炸。為了提升安全性及電壓,科學家們發明了用石墨及鈷酸鋰等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結構,形成了奈米等級的細小儲存格子,可用來儲存鋰原子。這樣一來,即使是電池外殼破裂,氧氣進入,也會因氧分子太大,進不了這些細小的儲存格,使得鋰原子不會與氧氣接觸而避免爆炸。

      鋰離子可充電電池的這種原理,使得人們在獲得它高容量密度的同時,也達到安全的目的。鋰離子電池充電時,正極的鋰原子會喪失電子,氧化為鋰離子。鋰離子經由電解液游到負極去,進入負極的儲存格,并獲得一個電子,還原為鋰原子。放電時,整個程序倒過來。為了防止電池的正負極直接碰觸而短路,電池內會再加上一種擁有眾多細孔的隔膜紙,來防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時,自動關閉細孔,讓鋰離子無法穿越,以自廢武功,防止危險發生。

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