细说锂电池的来龙去脉，安全问题怎么解？
2025-03-17
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。
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【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。
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。
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。
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
【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。
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
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%。
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