為了避免因使用不當(dāng)造成電池過(guò)放電或者過(guò)充電,在單體鋰離子電池內(nèi)設(shè)有三重保護(hù)機(jī)構(gòu)。一是采用開關(guān)元件,當(dāng)電池內(nèi)的溫度上升時(shí),它的阻值隨之上升,當(dāng)溫度過(guò)高時(shí),會(huì)自動(dòng)停止供電;二是選擇適當(dāng)?shù)母舭宀牧希?dāng)溫度上升到一定數(shù)值時(shí),隔板上的微米級(jí)微孔會(huì)自動(dòng)溶解掉,從而使鋰離子不能通過(guò),電池內(nèi)部反應(yīng)停止;三是設(shè)置安全閥(就是電池頂部的放氣孔),電池內(nèi)部壓力上升到一定數(shù)值時(shí),安全閥自動(dòng)打開,保證電池的使用安全性。
有時(shí),電池本身雖然有安全控制措施,但是因?yàn)槟承┰蛟斐煽刂剖ъ`,缺少安全閥或者氣體來(lái)不及通過(guò)安全閥釋放,電池內(nèi)壓便會(huì)急劇上升而引起爆炸。
一般情況下,鋰離子電池儲(chǔ)存的總能量和其安全性是成反比的,隨著電池容量的增加,電池體積也在增加,其散熱性能變差,出事故的可能性將大幅增加。對(duì)于手機(jī)用鋰離子電池,基本要求是發(fā)生安全事故的概率要小于百萬(wàn)分之一,這也是社會(huì)公眾所能接受的最低標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于大容量鋰離子電池,特別是汽車等用大容量鋰離子電池,采用強(qiáng)制散熱尤為重要。
選擇更安全的電極材料,選擇錳酸鋰材料,在分子結(jié)構(gòu)方面保證了在滿電狀態(tài),正極的鋰離子已經(jīng)完全嵌入到負(fù)極炭孔中,從根本上避免了枝晶的產(chǎn)生。同時(shí)錳酸鋰穩(wěn)固的結(jié)構(gòu),使其氧化性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鈷酸鋰,分解溫度超過(guò)鈷酸鋰100℃,即使由于外力發(fā)生內(nèi)部短路(針刺),外部短路,過(guò)充電時(shí),也完全能夠避免了由于析出金屬鋰引發(fā)燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。
另外,采用錳酸鋰材料還可以大幅度降低成本。
提高現(xiàn)有安全控制技術(shù)的性能,首先要提高鋰離子電池芯的安全性能,這對(duì)大容量電池尤為重要。選擇熱關(guān)閉性能好的隔膜,隔膜的作用是在隔離電池正負(fù)極的同時(shí),允許鋰離子的通過(guò)。當(dāng)溫度升高時(shí),在隔膜熔化前進(jìn)行關(guān)閉,從而使內(nèi)阻上升至2000歐姆,讓內(nèi)部反應(yīng)停止下來(lái)。
當(dāng)內(nèi)部壓力或溫度達(dá)到預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)時(shí),防爆閥將打開,開始進(jìn)行卸壓,以防止內(nèi)部氣體積累過(guò)多,發(fā)生形變,最終導(dǎo)致殼體爆裂。
提高控制靈敏度、選擇更靈敏的控制參數(shù)和采用多個(gè)參數(shù)的聯(lián)合控制(這對(duì)于大容量電池尤為重要)。對(duì)于大容量鋰離子電池組是串/并聯(lián)的多個(gè)電芯組成,如筆記本電腦的電壓為10V以上,容量較大,一般采用3~4個(gè)單電池串聯(lián)就可以滿足電壓要求,然后再將2~3個(gè)串聯(lián)的電池組并聯(lián),以保證較大的容量。
大容量電池組本身必須設(shè)置較為完善的保護(hù)功能,還應(yīng)考慮兩種電路基板模塊:保護(hù)電路基板(Protection Board PCB)模塊及Smart Battery Gauge Board模塊。整套的電池保護(hù)設(shè)計(jì)包括:第1級(jí)保護(hù)IC(防止電池過(guò)充、過(guò)放、短路),第2級(jí)保護(hù)IC(防止第2次過(guò)壓)、保險(xiǎn)絲、LED指示、溫度調(diào)節(jié)等部件。
在多級(jí)保護(hù)機(jī)制下,即使是在電源充電器、筆記本電腦出現(xiàn)異常的情況下,筆記本電池也只能轉(zhuǎn)為自動(dòng)保護(hù)狀態(tài),如果情況不嚴(yán)重,往往在重新插拔后還能正常工作,不會(huì)發(fā)生爆炸。
目前,筆記本電腦和手機(jī)使用的鋰離子電池所采用的底層技術(shù)是不安全的,需要考慮更安全的結(jié)構(gòu)。
總之,隨著材料技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)鋰離子電池設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)和使用諸方面要求的認(rèn)識(shí)不斷加深,未來(lái)的鋰離子電池會(huì)變得更安全。
充電電壓
一般手機(jī)電池電壓寫的是3.7V但一般充電器的電壓寫的是5V,但不會(huì)影響使用的,因?yàn)楦緵](méi)有3.7V的手機(jī)充電器賣. 新電池切勿過(guò)充
對(duì)于新買的鋰離子電池的“激活”問(wèn)題,眾多的說(shuō)法是:充電時(shí)間一定要超過(guò)12小時(shí),反復(fù)做三次,以便 激活 電池。這種“前三次充電要充12小時(shí)以上”的說(shuō)法,明顯是從鎳電池(如鎳鎘和鎳氫)延續(xù)下來(lái)的說(shuō)法。所以這種說(shuō)法,可以說(shuō)一開始就是誤傳。鋰電池和鎳電池的充放電特性有非常大的區(qū)別,而且可以非常明確的告訴大家,所有嚴(yán)肅的正式技術(shù)資料都強(qiáng)調(diào)過(guò)充和過(guò)放電會(huì)對(duì)鋰電池、特別是液體鋰離子電池造成巨大的傷害。因而充電最好按照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)方法充電,特別是不要進(jìn)行超過(guò)12個(gè)小時(shí)的超長(zhǎng)充電。
那么鋰電池需要激活嗎?答案是肯定的,需要激活!但是,這個(gè)過(guò)程是由生產(chǎn)廠家完成的,與用戶無(wú)關(guān),用戶也沒(méi)有能力完成。鋰電池真正的激活過(guò)程是這樣的:鋰離子電池殼灌輸電解液--封口--化成,就是恒壓充電,然后放電,如此進(jìn)行幾個(gè)循環(huán),使電極充分浸潤(rùn)電解液充分活化,直至容量達(dá)到要求為止,這個(gè)就是激活過(guò)程--分容,也就是說(shuō)出廠后鋰離子電池到用戶手上已經(jīng)是激活過(guò)的了。另外,其中有些電池的激活過(guò)程需要電池處于開口狀態(tài),激活以后再封口,除非您擁有了電芯生產(chǎn)設(shè)備,否則如何完成?
可是為什么有些產(chǎn)品的說(shuō)明書上寫著,建議用戶前三次使用,要對(duì)手機(jī)進(jìn)行完全的充放電呢?難道這不是激活嗎?其實(shí)事實(shí)是這樣的,在電池出廠,然后銷售,再到用戶的手中,會(huì)經(jīng)歷一段時(shí)間,一個(gè)月或者幾個(gè)月,這樣一來(lái),電池的電極材料就會(huì)“鈍化”,此時(shí)容量低于正常值,使用時(shí)間亦隨之縮短。但鋰電池很容易 激活,只要經(jīng)過(guò)3-5次正常的充放電循環(huán)就可 激活 電池,恢復(fù)正常容量。由于鋰電池本身的特性,決定了它幾乎沒(méi)有記憶效應(yīng)。因此用戶新鋰電池在激活過(guò)程中,是不需要特別的方法和設(shè)備的。
長(zhǎng)充、深充的危險(xiǎn)
長(zhǎng)充可能導(dǎo)致過(guò)充。鋰電池或充電器在電池充滿后都會(huì)自動(dòng)停充,并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù)10幾小時(shí)的“涓流”充電。也就是說(shuō),如果你的鋰電池在充滿后,放在充電器上也是白充。而我們誰(shuí)都無(wú)法保證電池的充放電保護(hù)電路的特性永不變化和質(zhì)量的萬(wàn)無(wú)一失,所以你的電池將長(zhǎng)期處在危險(xiǎn)的邊緣徘徊。這也是我們反對(duì)長(zhǎng)充電的另一個(gè)理由。
在對(duì)某些機(jī)器上,充電超過(guò)一定的時(shí)間后,如果不去取下充電器,這時(shí)系統(tǒng)不僅不停止充電,還將開始放電-充電循環(huán)。也許這種做法的廠商自有其目的,但顯然對(duì)電池的壽命而言是不利的。同時(shí),長(zhǎng)充電需要很長(zhǎng)的時(shí)間,往往需要在夜間進(jìn)行,而以我國(guó)電網(wǎng)的情況看,許多地方夜間的電壓都比較高,而且波動(dòng)較大。前面已經(jīng)說(shuō)過(guò),鋰電池是很嬌貴的,它比鎳電在充放電方面耐波動(dòng)的能力差得多,于是這又帶來(lái)附加的危險(xiǎn)。
事實(shí)上,淺放淺充對(duì)于鋰電更有益處,只有在產(chǎn)品的電源模塊為鋰電做校準(zhǔn)時(shí),才有深放深充的必要。所以,使用鋰電供電的產(chǎn)品不必拘泥于過(guò)程,一切以方便為先,隨時(shí)充電。
過(guò)充、過(guò)放的危害
鋰離子電池的額定電壓,因?yàn)榻瓴牧系淖兓?,一般?.7V,磷酸鐵鋰(以下稱磷鐵)正極的則為3.2V。充滿電時(shí)的終止充電電壓一般是4.2V,磷鐵3.65V。鋰離子電池的終止放電電壓為2.75V~3.0V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓,各參數(shù)略有不同,一般為3.0V,磷鐵為2.5V)。低于2.5V(磷鐵2.0V)繼續(xù)放電稱為過(guò)放,低電壓的過(guò)放或自放電反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致鋰離子活性物質(zhì)分解破壞,并不一定可以還原。而鋰離子電池任何形式的過(guò)充都會(huì)導(dǎo)致電池性能受到嚴(yán)重破壞,甚至爆炸。鋰離子電池在充電過(guò)程必需避免對(duì)電池產(chǎn)生過(guò)充。