據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋰離子電池的全球需求已達(dá)13億只，并隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，這一數(shù)據(jù)在逐年遞增。正因如此，隨著鋰離子電池在各個(gè)行業(yè)用量的迅速激增，電池的安全性能也日益突出，不僅要求鋰離子電池具有優(yōu)異的充、放電性能，還要求具有更高的安全性能。那鋰電池到底為什么發(fā)生起火甚至爆炸呢，有什么措施可以避免和杜絕嗎？
01 鋰電池材料構(gòu)成及性能探析
首先我們來了解一下鋰電池的材料構(gòu)成，鋰離子電池的性能主要取決于所用電池內(nèi)部材料的結(jié)構(gòu)和性能。這些電池內(nèi)部材料包括負(fù)極材料、電解質(zhì)、隔膜和正極材料等。其中正、負(fù)極材料的選擇和質(zhì)量直接決定鋰離子電池的性能與價(jià)格。因此廉價(jià)、高性能的正、負(fù)極材料的研究一直是鋰離子電池行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。
負(fù)極材料一般選用碳材料，目前的發(fā)展比較成熟。而正極材料的開發(fā)已經(jīng)成為制約鋰離子電池性能進(jìn)一步提高、價(jià)格進(jìn)一步降低的重要因素。在目前的商業(yè)化生產(chǎn)的鋰離子電池中，正極材料的成本大約占整個(gè)電池成本的40%左右，正極材料價(jià)格的降低直接決定著鋰離子電池價(jià)格的降低。對鋰離子動力電池尤其如此。比如一塊手機(jī)用的小型鋰離子電池大約只需要5克左右的正極材料，而驅(qū)動一輛公共汽車用的鋰離子動力電池可能需要高達(dá)500千克的正極材料。
盡管從理論上能夠用作鋰離子電池正極材料種類很多，常見的正極材料主要成分為LiCoO2，充電時(shí)，加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子，嵌入負(fù)極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的碳中。放電時(shí)，鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的碳中析出，重新和正極的化合物結(jié)合。鋰離子的移動產(chǎn)生了電流。這就是鋰電池工作的原理。
02 鋰電池充放電管理設(shè)計(jì)
原理雖然很簡單，然而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，需要考慮的實(shí)際問題要多得多：正極的材料需要添加劑來保持多次充放的活性，負(fù)極的材料需要在分子結(jié)構(gòu)級去設(shè)計(jì)以容納更多的鋰離子；填充在正負(fù)極之間的電解液，除了保持穩(wěn)定，還需要具有良好導(dǎo)電性，減小電池內(nèi)阻。
雖然鋰離子電池有以上所說的種種優(yōu)點(diǎn)，但它對保護(hù)電路的要求比較高，在使用過程中應(yīng)嚴(yán)格避免出現(xiàn)過充電、過放電現(xiàn)象，放電電流也不宜過大，一般而言，放電速率不應(yīng)大于0.2C。在一個(gè)充電周期內(nèi)，鋰離子電池在充電開始之前需要檢測電池的電壓和溫度，判斷是否可充。如果電池電壓或溫度超出制造商允許的范圍，則禁止充電。允許充電的電壓范圍是：每節(jié)電池2.5V~4.2V。
在電池處于深放電的情況下，必須要求充電器具有預(yù)充過程，使電池滿足快速充電的條件；然后，根據(jù)電池廠商推薦的快速充電速度，一般為1C，充電器對電池進(jìn)行恒流充電，電池電壓緩慢上升；一旦電池電壓達(dá)到所設(shè)定的終止電壓(一般為4.1V或4.2V)，恒流充電終止，充電電流快速衰減，充電進(jìn)入滿充過程；在滿充過程中，充電電流逐漸衰減，直到充電速率降低到C/10以下或滿充時(shí)間超時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)入頂端截止充電；頂端截止充電時(shí)，充電器以極小的充電電流為電池補(bǔ)充能量。頂端截止充電一段時(shí)間后，關(guān)閉充電。
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安全的鋰電池保護(hù)電路應(yīng)該怎樣設(shè)置
