電動(dòng)汽車電池的防護(hù)措施
外殼防護(hù),為了防止空氣進(jìn)入,鋰電池都被封裝在密閉容器沖,并為了防止外力破壞通常配以不銹鋼外殼和鋁合金外殼。例如,特斯拉的電動(dòng)汽車,甚至采用了鈦合金防護(hù)板,以防止汽車使用中,尤其是交通事故中對(duì)電池容器的損傷。
隔膜阻斷保護(hù),在防止外力破壞的同時(shí),還要防止來自電池內(nèi)部產(chǎn)生的破壞。
通常為了防止電池的正負(fù)極直接碰觸而短路,電池內(nèi)會(huì)有一層隔膜,一方面將正負(fù)極隔開,一方面又允許帶電離子通過。
然而,在鋰電池中,隔膜還承擔(dān)著另一項(xiàng)防護(hù)職能。在電池溫度過高時(shí),隔膜空隙會(huì)自動(dòng)關(guān)閉,讓鋰離子無法穿越,從而終止整個(gè)電池的反應(yīng)。從而防止了電池由于溫度過高,使得其中的電解液氣化產(chǎn)生高壓,破壞電池密封結(jié)構(gòu)的問題。
過充電壓防護(hù),不僅空氣要被阻隔在外,還要防止金屬鋰從電極中外泄。
科學(xué)家們通過電極材料的納米空隙和材料晶格機(jī)制,來存放和鎖住在充放電中形成的金屬鋰。
這樣一來,即使是電池外殼破裂,氧氣進(jìn)入,也會(huì)因氧分子太大進(jìn)不了這些細(xì)小的儲(chǔ)存格,而避免自燃的產(chǎn)生。
然而,用過高的電壓或充滿后繼續(xù)過長時(shí)間的充電,會(huì)對(duì)鋰電池產(chǎn)生十分危險(xiǎn)的損害。
鋰電池充電電壓在高于額定電壓(一般是4.2V)后,如果繼續(xù)充電,由于負(fù)極的儲(chǔ)存格已經(jīng)裝滿了鋰原子,后續(xù)的鋰離子會(huì)堆積于負(fù)極材料表面。這些鋰離子由于極化作用,會(huì)形成電子轉(zhuǎn)移,形成金屬鋰,并由負(fù)極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結(jié)晶。
這些沒有電極防護(hù)的金屬鋰一方面極為活潑,容易發(fā)生氧化反應(yīng)而發(fā)生爆炸。另一方面,形成的金屬鋰結(jié)晶會(huì)穿破隔膜,使正負(fù)極短路,從而引發(fā)短路,產(chǎn)生高溫。在高溫下,電解液等材料會(huì)裂解產(chǎn)生氣體,使得電池外殼或壓力閥鼓漲破裂,讓氧氣進(jìn)入,并與堆積在負(fù)極表面的鋰原子反應(yīng),進(jìn)而發(fā)生爆炸。
鋰電池充電時(shí),要設(shè)定電壓上限和過充保護(hù)。在正規(guī)電池廠家出產(chǎn)的鋰電池中,都裝有這樣的保護(hù)電路。當(dāng)電壓超標(biāo)或電量充滿時(shí)自動(dòng)斷電。