在我们日常生活中,从手机到笔记本电脑,从电动自行车到新能源汽车,电池可以说是无处不在,占据众多生活领域。而锂电池爆炸起火的新闻频频登上热搜,场面触目惊心。我们不免会有些担心:离了锂电池不行,用锂电池又怕有安全隐患,那么到底应该如何正确安全地使用呢?今天就带大家一起了解下,关于锂电池的那些事儿。

既然危险,为何应用如此广泛?先来看看锂电池的诸多优势

1.具有高能量密度:锂是最轻的金属元素,其原子量为6.94,电极电势是最负的,为-3.04V,它的比容量更是高达3860mAh/g,因此锂电池的高能量密度,使得它具备体积小/重量轻的特点。

2.绿色低碳环保:不论生产,使用或报废,锂电池不含有也不会产生对环境有害的重金属元素与物质,与铅酸蓄电池等相比更为绿色环保,符合国家双碳战略导向。

3.使用寿命较长:锂电池的使用可达到数百到数千个充放电周期,在合适的使用与存储条件下,寿命可以得到更好的保障。

4.无记忆效应:由于锂本身不容易极化,其电化学性能并不会随时间而变化,意味着在充电之前并不需要完全放空,使用更加方便。

中国电子工业标准化技术协会(CESA)统计数据

 显示,2020年中国新增电化学储能装机容量中,锂电池占据了高达94%以上的份额,在市场端具有一定优势。

究竟是什么原因导致锂电池的危险?我们来聊聊关于电池膨胀这件事

据统计,历年来电动车锂电池火灾事故中,68%由于内/外部短路造成,15%由于充放电造成,7%由于设备意外启动造成,10%为其他原因造成。从起火原因看,电气故障和自燃是造成灾难的主要原因。而锂电池主要依靠锂离子在正负极之间移动实现充放电过程,从原理上看,造成爆炸的最主要因素分为过充和短路两大类。

1.【过充】—锂电池的充电过程:

由于电池存在电阻,充电过程会蓄积大量的热量。锂电池的保护装置可以通过检测电压的方式,对过充进行一定保护。但当充电时间过长,锂离子电池内部容易出现枝晶短路,导致锂电池温度和压力不断上 升,从而产生爆炸/起火的风险。

2.【短路】——锂电池的使用过程:

锂电池在使用时,自身温度会持续上升,同时电池也维持正常的散热。但若因为外界因素导致电池温度过高,则容易导致电池隔膜损坏,引起短路,从而造成内部热量积累过多,引起链式化学反应,造成电池燃烧爆炸。

那么,该如何避免灾难的发生?破解锂电安全的方法埔慧有妙招!

锂电池在发生冒烟/燃烧/爆炸之前会发生显著的膨胀变形,造成电池间的压力变化,其膨胀要远远早于内部气体的溢出。

  埔慧科技自主研发电池原位膨胀测试系统PXS系列产品,可实时监测锂电池膨胀压力分布数据,系统阵列单元数最高可达256*256,单元面积分辨率可低至0.5mm*0.5mm

压力测试精度误差小于5%。

 通过研究锂电池的膨胀现象,对产品研发/优化/安全预警等方面有着重要意义。

电池原位膨胀测试系统PXS系列产品

【不同充放电条件下电池膨胀力规律】

 开发锂电池热失控预警,充分准备有效措施:

锂电池放置在两块限位板之间,通过电化学工作站对锂电池进行充放电实验,通过PXS柔性压力传感器阵列检测系统,直接输出整体压强值。

锂电池原位膨胀测试系统

下图为循环充放电条件下,电池膨胀压力与时间的关系,由此可见,传感器输出的压力值具有良好的可重复性。

循环充放电电池膨胀压力变化曲线

下图为不同充电电流下的电池膨胀压力变化曲线。充电时电流越大,电池膨胀力变化速度越快,在充电完毕时膨胀量达到最大。

不同充电速率下电池膨胀压力变化曲线

预压力对电池膨胀行为也有明显影响。在大的预压力下,电池充电膨胀压力变化的绝对值也会更大

不同预压力下(0和50kPa)电池充放电膨胀压力变化曲线

   【电池膨胀力分布精细测试】

从根源上防患于未然,提高锂电池的安全性:

通过薄膜压力分布检测系统PXS系列可输出压力分布图像,若整体压力分布呈现不均匀的状态,则说明电池表面的平整度不佳。

另一方面,伴随充电电量的增加,电池局部区域膨胀压力会显著加大,因电极材料的厚度/密度/成分等差异导致位置与程度的不同。

通过该测试,可以更好地指导与优化电池材料/结构/封装等方面的设计。

电池充电0%-100%时膨胀压力分布图像

PXS系统还可同时提供压力分布热力图及3D图像,可选中固定区域进行压力计算,通过分析电池表面膨胀压力的相关数据,为优化电芯设计提供更详实的支撑,对长期使用过程中电池的安全性能和寿命提供理论依据。

电池膨胀压力分布局部选区分布图像

研究锂电池的膨胀现象,探究锂电池产生变形的原因,对指导锂电池的研发、提高锂电池安全性及开发锂电池热失控预警系统具有重要意义。同时,在锂电池的生产制造过程中,电池是否均匀受压也是影响电芯性能的关键因素。PXS薄膜压力分布检测系统可完美实现电池膨胀力分布检测,助力电池的开发、生产与检测。

1) 断开或除去失火设备上的外接电源;

2) 立即持续用水或其他非易燃液体浸透失火的电子设备,阻断热散逸,防止相邻电池芯失火;

3)若该装置之前与电源插座相连接,需拔下其余所有插座电源,直至确认系统无故障;

4)不要企图移动燃烧或冒烟的电子设备,以防带来严重的人身伤害;

5) 不要使用物品覆盖或试图用冰块降低温度,此隔绝方法会导致热量无法散出,反而增加危险。

埔慧科技柔性触觉传感器

灵敏

响应点低至20Pa,可检测到脉搏波等微小信号。

稳定

经1000万次耐久性循环,测试变化量小于5%。

精准

尺度机理模型分析,精准误差小于3%。