隨著智能手機的快速發(fā)展,各類手機電池企業(yè)也在瘋狂的發(fā)展，但是最近媒體報道了多起手機電池爆炸的事件讓一些劣質(zhì)電池生產(chǎn)企業(yè)露出水面，鋰電池的安全性再次引起了人們的關(guān)注。

圖為爆炸后的鋰電池

經(jīng)過長期分析, 人們發(fā)現(xiàn)以下四種狀況較容易引起鋰電池的燃燒爆炸:

1. 鋰電池使用過程中接觸高溫導(dǎo)致電池過熱；

2. 鋰電池充電時誤用較高充電電壓；

3. 鋰電池在使用及裝卸過程中，造成正、負極短路；

4. 鋰電池在使用過程，由于重物擠壓等原因造成了電池內(nèi)短路。

近年來國際上所頒布及施行的鋰電池安全標(biāo)準(zhǔn)中均有相關(guān)測試是模擬以上這四種狀況的。本文將結(jié)合IEC 62133:2012以及GB/T 18287-2013等標(biāo)準(zhǔn)中的檢測方法以及巴倫歷次測試中所積累的測試數(shù)據(jù)來分析電池爆炸現(xiàn)象。

1） 加熱導(dǎo)致起火爆炸

在檢測中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池存放在高溫環(huán)境下，電池容易發(fā)生鼓包，甚至燃燒及爆炸。這主要是當(dāng)電池內(nèi)部溫度升至70℃左右時，鋰電池首次循環(huán)時在電解液及負極材料間所形成的SEI膜會分解并釋放熱量，這會加速鋰電池內(nèi)部溫度上升，當(dāng)電池內(nèi)部溫度升到110℃到120℃左右時，負極與電解液反應(yīng)放出的熱量有可能使會導(dǎo)致電池內(nèi)部的溫度升高到電解液、正極的熱分解溫度，這時電池內(nèi)部在熱分解中會放出大量的熱和氣體,溫度急劇上升,并引起電池爆炸。

為了確認鋰電池在高溫環(huán)境中是否會出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象，IEC 62133中提出了關(guān)于熱濫用的測試要求，具體操作為將滿電的電池放入溫箱，溫箱溫度以5±2℃的上升速率升至130±2℃，并保持一定時間，電池不發(fā)生起火及爆炸現(xiàn)象。

測試中電池電壓—時間及溫度—時間變化曲線圖

2） 過充導(dǎo)致的起火爆炸

鋰電池含有PCM保護電芯，當(dāng)用戶給鋰電池充電時，如果充電電壓高于鋰電池正常充電電壓時，電池保護板上的電子組件將切斷電池的回路從而對電芯起到過充保護作用。但如果電池保護板因為質(zhì)量問題或電子組件失效而沒有起到對電芯的保護作用時，電芯有可能因為持續(xù)過充而出現(xiàn)熱失控，并最終起火爆炸。

造成這種現(xiàn)象的原因是由于電芯在處于完全滿電狀態(tài)時， 負極上的晶格已填滿，繼續(xù)充電,只會使鋰離子的嵌入反應(yīng)變成鋰金屬在負極表面的沉積，溶劑被氧化(由過充而引起的溶劑氧化放出的熱量遠遠高于可逆狀態(tài)下鋰離子與溶劑反應(yīng)放出的熱量)；隨著電池溫度的升高金屬鋰與溶劑、嵌鋰碳與溶劑的反應(yīng)就會相繼發(fā)生。電池就有可能發(fā)生熱失控，繼而著火爆炸。

為確認鋰電池是否會因為過充而導(dǎo)致產(chǎn)品爆炸，IEC(國際電工組織)及GB標(biāo)準(zhǔn)中均列出了相關(guān)測試條款，如IEC62133就要求在常溫20±5℃下電池先以0.2C放電至終止電壓，然后以恒流2C，恒壓（不超過供應(yīng)商推薦餓充電器的最大輸出電壓----如果不適用的話就用5V），試驗持續(xù)到電池表面溫度穩(wěn)定（即30分鐘內(nèi)溫度變化不超過10℃）或是回到常溫，試驗過程中不應(yīng)發(fā)生起火爆炸現(xiàn)象。

3） 內(nèi)短路導(dǎo)致的起火爆炸

內(nèi)短路的產(chǎn)生與電池生產(chǎn)工藝上的缺陷或是生產(chǎn)電池本身所采用的劣質(zhì)材料有很大關(guān)系，比如說在電池生產(chǎn)過程中將一些金屬微?；烊腚娦?，或是正負極集流體銅箔及鋁箔上有許多毛刺等。當(dāng)電池收到外力壓迫時，銅箔與鋁箔的毛刺或是鋰原子的樹枝狀結(jié)有可能刺穿破電池隔膜并造成短路。

IEC 62133及JIS C874等標(biāo)準(zhǔn)中所提到的13KN擠壓測試及強制內(nèi)部短路均是為了確認產(chǎn)品是否會發(fā)生內(nèi)短路而產(chǎn)生爆炸。

其中，IEC 62133:2012中的8.3.9詳細闡述了電芯強制內(nèi)短路的測試要求，簡述如下：

按8.1.2條款充滿電的電芯，在手套箱中完成拆卸后，在電芯正極活性物質(zhì)和負極活性物質(zhì)之間放入鎳片，并密封在擠壓機中按相應(yīng)的溫度儲存45±15分鐘后，方型電芯以400N，圓柱型電芯以800N擠壓，測試過程中不應(yīng)發(fā)生起火爆炸現(xiàn)象。

4） 外短路引起的起火爆炸

當(dāng)電池外部發(fā)生短路，PCM保護板又未能切斷回路，電芯內(nèi)部將會劇烈放電，放出大量熱量，造成部分電解液汽化，產(chǎn)生較大氣壓，將電池外殼撐大。當(dāng)電池內(nèi)部溫度高到135℃左右時，質(zhì)量好的隔膜紙，會將細孔關(guān)閉，電化學(xué)反應(yīng)終止或近乎終止，電流驟降，溫度也慢慢下降，進而避免了爆炸發(fā)生。但是，細孔關(guān)閉率太差，或是細孔根本不會關(guān)閉的隔膜紙，會讓電池溫度繼續(xù)升高，更多的電解液汽化，最后將電池外殼撐破，甚至將電池溫度提高到使材料燃燒并爆炸。

為確保電池的安全性，IEC及國標(biāo)中都針對外短路做了測試要求，明確規(guī)定了將完全滿電的電池及電芯用 80mΩ±20mΩ的電阻連接正、負極， 造成短路，測試時間持續(xù)24小時或是被測物表面溫升下降了20%（以條件先到達者為準(zhǔn)）。

并不是所有電池都能通過上文所提到的各測試標(biāo)準(zhǔn)。檢測中發(fā)現(xiàn)，容易發(fā)生爆炸的鋰電池可能在以下缺陷：

1.  結(jié)構(gòu)上存在的缺陷，這些缺陷包括：正負極耳之間的位置及距離；電池的厚度；包匝的緊密程度等。

2.  材料上存在的缺陷，這些缺陷包括：正負極材料的質(zhì)量，隔膜的質(zhì)量，電解液的優(yōu)良與否，所采用的外殼以及PCM保護板的可靠性等。

微測提醒各大電池生產(chǎn)企業(yè)改善上述缺陷，應(yīng)能減少電池發(fā)生燃燒爆炸的幾率。不過更好的辦法是改善電池的制成過程，用正確的電池安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)電池的設(shè)計，并檢測自己的產(chǎn)品。

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