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鋰離子電池特性是什么

鉅大LARGE  |  點擊量:1245次  |  2020年12月14日  

鋰離子電池特性


鋰是元素周期表上最小最活潑的金屬。由于其體積小,容量密度高,深受用戶和工程師的喜愛。然而,化學性質過于活潑,帶來了很高的風險。當鋰暴露于空氣中時,它會與氧氣發生劇烈的氧化反應。為了提高安全性和電壓,科學家們開發了石墨和鋰鈷氧化物等材料來儲存鋰原子。這些材料的分子結構形成了微小的納米級存儲格,可以用來存儲鋰原子。這樣,即使電池外殼破裂,氧氣進入,氧分子也太大,無法裝入微小的電池中,從而防止鋰原子與氧氣接觸并爆炸。鋰離子電池的這一原理使人們獲得了它的高容量密度,同時也達到了安全的目的。


當鋰離子電池充電時,鋰原子失去電子并氧化成鋰離子。鋰離子通過電解質到達陰極,在那里它們進入陰極電池,獲得一個電子,并被還原為鋰原子。當卸貨時,整個過程是相反的。為了防止電池因正極和負極直接接觸而短路,在電池上加了帶有許多小孔的隔膜紙以防止短路。好的隔膜紙還可以在電池溫度過高時,自動關閉細小的孔,使鋰離子不能通過,以免浪費功夫,防止危險的發生。


保護措施


當充電電壓超過4.2v時,鋰離子電池會開始出現副用途。壓力越大,風險越大。當鋰離子電池電壓高于4.2v時,只有不到一半的鋰原子留在正極材料中,電池經常會崩潰,導致電池容量永久性下降。假如電池充電,后續的鋰金屬會在材料表面堆積,因為負極電池已經充滿了鋰原子。這些鋰原子從陰極表面向鋰離子方向生長出樹枝狀晶體。這些鋰晶體將通過隔膜紙,短路陽極和陰極。有時電池在短路發生前就爆炸了。這是因為在過度充電時,電解液等物質會分解出現氣體,導致電池外殼或壓力閥膨脹和爆裂,讓氧氣進入,并與積聚在負極表面的鋰原子發生反應,導致負極爆炸。因此,鋰離子電池充電時,必須設置電壓上限,才能兼顧電池的壽命、容量和安全性。充電電壓的最優上限為4.2v。


鋰離子電池放電也必須有一個較低的電壓限制。當電池電壓低于2.4v時,部分材料開始損壞。而且由于電池會自放電,電壓越長越低,因此,最好不要把放電到2.4V停止。在3.0v至2.4v放電期間,鋰離子電池只能釋放約3%的容量。因此,3.0v是理想的放電截止電壓。


充放電時,除了電壓限制外,電流限制也是必要的。當電流過大時,鋰離子沒有時間進入儲存電池,會在材料表面堆積。當這些離子獲得電子時,它們會在材料的表面結晶化鋰原子,這和充電過量相同危險。假如電池盒壞了,它就會爆炸。


因此,鋰離子電池的保護,至少要包括:充電電壓上限、放電電壓下限、電流上限三部分。一般的鋰離子電池組,除了鋰離子電池電池外,還會有一個保護板,這個保護板重要是供應這三個保護。然而,三防護板的防護明顯不夠,鋰離子電池爆炸事故仍在世界各地頻繁發生。為了保證電池系統的安全,必須更仔細地分析電池爆炸的原因。


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