《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > 模擬設計 > 業(yè)界動態(tài) > 三星電池爆炸部分在隔離膜上 裸電芯絕緣檢測不容忽視

三星電池爆炸部分在隔離膜上 裸電芯絕緣檢測不容忽視

2016-09-19

  鋰電池,,全稱鋰離子電池,在放電時候,,鋰離子從負極到正極,,最終嵌入正極;充電時候,,鋰離子從陰極到陽極,,最終嵌在負極石墨上。

  鋰離子來回搖擺,,正負極始終不相接觸,,通過外電路相連,在鋰離子遷移的同時,,外電路相應的電子運動,,產(chǎn)生電流。這就是電池的基本奧義,,可充電放電,。如果正負極直接接觸,造成短路,,電能轉(zhuǎn)換成為熱能,,就會造成短時間溫度飆升失控,進而燃燒爆炸,。防止電池內(nèi)部陰陽極短接保證電池使用安全,,這就是電池的第二奧義。電池中,,隔離陰陽極的組件稱為隔離膜(板),,它是一層具有一定強度的多孔結(jié)構(gòu)高分子聚烯烴膜,,也就是一層有孔的塑料。

  電池在長期使用過程中,,因為充放電時正極負極材料的微觀結(jié)構(gòu)變化的不可逆,,導致整個電芯體系的體積會有所增大,特別是高能量密度和快速充電的電池,。高能量密度電芯設計會采用克容量(單位重量可充電量)更高的正負極材料,,這些材料的特性之一就是嵌入鋰離子時體積增大程度更甚。電芯膨脹會對隔離膜產(chǎn)生一個擠壓/拉伸作用,,這時候隔離膜有較大的破損風險,。這次燒的三星note7電池,在現(xiàn)在主流手機廠商/型號中,,能量密度是最高的(見下表,,數(shù)據(jù)來自各官網(wǎng)資料),還都使用了1.2C快充,。風險不可謂不高,。按照三星之前的分析,SDI電池起火的有一部分原因就壞事在隔離膜上,。

  主流廠商電池對比

20(1).jpg

  一個是電芯隔離膜Overhang不夠,一個是電池在充放電時候,,因為異物顆粒的緣故,,隔離膜受到擠壓,導致隔離膜片破損,。電池設計制造從業(yè)者應該從一開始就識別出這種安全風險高的缺陷,,并加以防控。特別是對于動力電池來說,,幾十甚至上百倍的單體容量,,一旦發(fā)生短路,產(chǎn)生的能量失控釋放后果是更加嚴重,。

  Overhang,,是指隔離膜多出正負極極片之外的部分,一般會根據(jù)電池極片的寬度加上相應的設計余量來規(guī)定,。Overhang的設計要考慮電芯制造過程和使用過程中隔離膜的尺寸變化,。

21.png

  比如,現(xiàn)有鋰電池體系對于電芯內(nèi)部的水含量要求比較嚴格,,因為水分會導致電池在充放電時候產(chǎn)生更多的副反應,,消耗電解液,損壞正負極活性表面,,改變活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)等,,使電池的可充放電性能下降,,縮短電池使用壽命。

  所以,,電芯都會有一個高溫除水的工序,,這時候,聚烯烴隔離膜因為熱記憶效應,,會產(chǎn)生熱收縮,,造成尺寸減小,陰陽極接觸的風險會增加,!另外再說異物顆粒,。電芯在整個制造過程中,非常容易帶入異物顆粒,,比如:隔離膜來料異物,,隔離膜處理引入,正極負極顆粒掉落,,機器磨損產(chǎn)生金屬顆粒,,空氣塵埃,員工操作引入等,。這些顆粒由于導電性能,,顆粒大小,顆粒硬度,,顆粒表面幾何形狀等,,擠破隔離膜的風險也不盡相同。異物顆粒較多的電池,,往往電壓降較快,,使用壽命較短,隨著電池使用時間的增加,,這種電芯短路燃燒的風險也更大,。如此大的短路風險,是否有方法能夠識別呢,?

  參考沿用電子電器行業(yè)的絕緣性測試方法,,現(xiàn)在大部分的電池廠都會對電芯進行絕緣性測試。美標/國標針對電器的絕緣性測試是一個擊穿測試,,在受測元件的兩端加上一個高電壓,,如果絕緣隔離單元存在缺陷或者絕緣性能不夠,就會出現(xiàn)漏電流,,視為導通,,記錄擊穿電壓。一般絕緣線纜的擊穿電壓要求在2000V以上,。電芯進行絕緣性測試時,,是進行耐壓測試,,通常是規(guī)定一個電壓,加載在電芯兩端,,如果電芯阻值小于某個規(guī)定值,,即視為短路。

  對于隔離膜存在缺陷或者因為Overhang不足導致陰陽極直接接觸的情況,,這時候的短路電阻一般都在kohm級別以下,。對于存在異物顆粒,特別是導電性較好/危險系數(shù)較高的金屬顆粒的情況下,,其檢出電阻一般在快接近Mohm級別的水平,。耐壓測試一般被認為是無損測試,其測試過程可以等效為一個電容充電過程,,在撤去測試電壓后,,攜帶電荷會很快散盡。但是在導電顆粒存在的地方,,甚至會形成畸變電場,,產(chǎn)生尖端放電,將隔離膜擊穿,,電壓越高,,這種表現(xiàn)越明顯,顆粒檢出的概率就越高,。

  電池安全事大,,不可不察,裸電芯絕緣性不可不關注也,。


本站內(nèi)容除特別聲明的原創(chuàng)文章之外,轉(zhuǎn)載內(nèi)容只為傳遞更多信息,,并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點,。轉(zhuǎn)載的所有的文章、圖片,、音/視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有權(quán)人所有,。本站采用的非本站原創(chuàng)文章及圖片等內(nèi)容無法一一聯(lián)系確認版權(quán)者。如涉及作品內(nèi)容,、版權(quán)和其它問題,,請及時通過電子郵件或電話通知我們,以便迅速采取適當措施,,避免給雙方造成不必要的經(jīng)濟損失,。聯(lián)系電話:010-82306118;郵箱:[email protected],。