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      拆解:聚合物鋰電池內部構造

      來源:諾信電子???發布時間:2019-07-08 18:43:29??閱讀數:

        你知道聚合物鋰電池內部到底什么構造嗎?為什么是軟的而不是圓筒?今天,咱們就來給大家拆解聚合物鋰電池,給大家一個答案。

      首先,拆解有風險,下手需謹慎

      鋰電池爆炸原理

        鋰電池為什么會爆炸?鋰電池之所以會爆炸的主要原因是因為它缺乏控溫功能以及電芯質量太差。電芯質量差就容易漏電,甚至內部短路,電池儲存的電能在一瞬間全部轉化為內能也就是熱能引燃電池本身,釋放大量化學能。而鋰電池本身就屬于易燃品,鋰電池起火極難撲滅。如果各位看過新聞就知道鋰電車如果電池發生自燃很難完全滅火,因此大多數情況下消防隊只能控制火勢,卻不能完全撲滅火災,唯一的方法是在火勢得到控制的情況下讓電池組燒光。

      電動車起火

        在幾秒鐘之內,從冒白煙變成了噴火燃燒,不但把整車燒成廢鐵,順便還把旁邊的奧迪和雷克薩斯也燒成廢鐵,徹底證明了誰是大哥。不少車主感嘆:買特斯拉后,動手水平提升了,英語水平進步了,維權手段豐富了。

      聚合物鋰電池內部構造

        目前絕大多數電池均采用鋰作為得失電子,即發生電化學反應的載體。它有極高的化學活性,當金屬鋰與氧氣直接發生接觸時,便會引起劇烈的燃燒與爆炸。鋰的化合物分子式中,鋰的含量越高,其熱穩定性就越差,開始與電解液反應的溫度就越低。當前應用廣泛的鋰電池正極材料,都是鋰的化合物。磷酸鐵鋰,錳酸鋰和三元鋰,如果泛泛的說,三者的安全性是從高到低排列的。研發鋰電池時會遵循兩大基本安全規律:盡可能隔絕空氣與含鋰電極材料接觸的可能性;盡可能將鋰原子嵌入在其他材料中,或者以離子形式存留在電解液中,避免金屬鋰晶體的產生。

      鋰電池滅火

        鋰電池的火災,是最近幾年電動汽車大發展后才越來越多出現在人們視野的火災類型,對于消防人員來說,有著與其他火災不同的特點。鋰電池火災溫度高,如果是工廠或者倉庫起火,其煙氣濃,能見度低,對消防人員觀察火情不利,其次,鋰電池的場所一旦起火,周邊的鋰電池極易產生連鎖反應。鋰電池燃燒的產生的煙氣含有有毒有害氣體。

        使用大量的水滅火,成為一種兩難的手段。一方面,火場溫度高,即使火勢熄滅后,也需要大量的水降溫否則極易復燃;但鋰電池遇水可能引發短路,也容易造成復燃。電動汽車火災可以用水撲滅,但是耗水量大,水基滅火劑降溫效果最好,氣體及干粉類滅火劑效果不佳。

        相比之下如果僅僅是化學燃料火災比如汽車自燃相對來說更容易撲滅,而電化學設備火災則滅火困難得多。有意思的是有資料顯示汽車自燃多半由電路問題引起,因此用電一定要注意安全。汽車電路安全第一,不要私自改裝電路。

      鋰電池拆解

        鋰電池可不是隨意就可拆解的,建議大家沒有相關知識不要拆解。本人作為物理實驗室的負責人對電路知識以及鋰電池爆炸的原理有清晰的理解和認識。因此可以這么說,鋰電池在電量完全耗盡電壓為0的報廢狀態下是沒有能量的。鋰電池正常使用的時候無論是100%充滿狀態還是0%虧電狀態內部都有電能的存在,因此我們一般認為的0%并不是電池完全耗盡能量,只是低于這個電壓就無法維持電池正常充電使用的一個電壓我們定義為0%,此外過充會造成金屬鋰晶體析出,既沒有以離子的形式待在電解液里,也沒有被所在電極材料的籠式結構包裹。過充狀態下的電池拆解短路起火的概率基本可以認為趨近于100%。

        鋰電池依靠化學能儲能,利用電化學反應可以將化學能與電能高效的互轉,但是當鋰電池本身電量耗盡電壓=0的時候,其內部便沒有電化學反應需要的能量。只要鋰電池內部沒有鋰單質的存在,就可以拆解而不會自燃。我個人可以確定我手上這塊電池已經0電壓很長時間了而且有在安全環境下拆解后確實不會自燃的實踐經驗。

      聚合物鋰電池拆解

      先劃開鋰電池外包放掉氣體,氣體味道非常糟糕好在刺激性不強。

      聚合物鋰電池拆解

      一下子就癟了

      聚合物鋰電池拆解

      然后就能看到電池內部結構了

        鋰電池無論是充電還是放電,其實都是鋰離子在電池的正極與負極之間移動,并將電能和化學能相互轉換的過程。在電池的內部不是電子在移動而是鋰離子,這是鋰電池能量密度方面最重要的特性,但是鋰電池確實存在爆炸的風險。

        鋰電池根據內部電解質形態的不同,又可細分為“鋰離子電池”(Li-ion)和“聚合物鋰電池”(Li-poly)。其中,當電解質為液體時就是“鋰離子電池”,它需要使用金屬外殼密封包裹防止漏液,所以質地較硬 聚合物電池用固體電解質代替了液體電解質,與液態鋰離子電池相比,聚合物電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優點,因此可以用鋁塑復合薄膜制造電池外殼。

      聚合物鋰電池拆解

      剝開外皮看到電池本體

      聚合物鋰電池拆解

      各位一定覺得電芯內部是用塑料袋包裝

      聚合物鋰電池拆解

        而且塑料袋并不是想象中的和鋁塑外皮一樣圍一圈的包裝法,而是像折頁一樣反復曲折的彎折。你以為這只是個塑料袋,其實它是組成電池的材料——隔離膜。

        隔離膜將正極材料和負極材料隔離開 是聚合物電池最重要的材料之一。在充電時,正極材料分子中的鋰元素會被分離出來,變成一個帶有正電荷的鋰離子(Li)。在外加電場的作用力下,這個鋰離子會穿越電解質和隔離膜,到達終點負極后會與其中的碳原子發生化學反應生成LiC6,并穩定地嵌入到負極的石墨層狀結構當中,最終實現存儲能量的過程。在放電時,鋰離子在化學反應的作用下會從負極重新移動回正極,這個過程會形成電流從而為數碼產品供電 遺憾的是一旦電池過放鋰離子就不會在外電勢的作用下再移動。

      聚合物鋰電池拆解

      從側面看電池本身結構緊密,就像一本書一樣

        上次看到這種結構好像還是書肺,也叫“肺囊”,節肢動物門蛛形綱特有的呼吸器官。在蜘蛛腹部前方兩側,有一對或多對囊狀結構,叫氣室,氣室中有15~20個薄片,由體壁褶皺重疊而成,像書的書頁,因而叫“書肺”。當血液流過書肺時,與這里的空氣進行氣體交換,吸收氧氣,同時排出二氧化碳、完成呼吸過程。

      鋰電池結構像肺葉

        這種結構明顯能提升等容積下的比表面積,也難怪電池用這種結構了。

        說到這個我想起來了一個中學物理實驗。按我們老師當時的說法,測電池電動勢用物理的方法要測幾組數據還要算電池的內阻,而化學的話只需要了解反應電動勢就可以了。

        電池的電化學反應電動勢是恒定的,唯一決定電池電壓下降的因素是電池內阻的上升。不知道這種中學的說法和事實比怎么樣,但是事實上講,舊電池確實內阻增大容量下降,因此鋰電池本身也是有壽命的,該換還得換。之前收的那個華為P9就存在續航短低溫自動關機的問題,換了一塊新電池好多了。續航也長了低溫也不關機了。

        此外這次拆的電池還屬于高倍率電池,是航模電池。它本身內阻非常小,可以提供很大功率的大電流輸出,因此一旦內部短路能量會急劇釋放瞬間爆炸,是非常危險的東西。因此常見的民用鋰電池一般都不是這種低內阻型的,只有高功率動力電池有這個問題。

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