為了避免因使用不當造成電池過放電或者過充電,在單體鋰離子電池內(nèi)設有三重保護機構。一是采用開關元件,當電池內(nèi)的溫度上升時,它的阻值隨之上升,當溫度過高時,會自動停止供電;二是選擇適當?shù)母舭宀牧?,當溫度上升到一定?shù)值時,隔板上的微米級微孔會自動溶解掉,從而使鋰離子不能通過,電池內(nèi)部反應停止;三是設置閥(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,閥自動打開,保證電池的使用性。
有時,電池本身雖然有控制措施,但是因為某些原因造成控制失靈,缺少閥或者氣體來不及通過閥釋放,電池內(nèi)壓便會急劇上升而引起爆炸。
一般情況下,鋰離子電池儲存的總能量和其性是成反比的,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。對于手機用鋰離子電池,基本要求是發(fā)生事故的概率要小于百萬分之一,這也是社會公眾所能接受的標準。而對于大容量鋰離子電池,特別是汽車等用大容量鋰離子電池,采用強制散熱尤為重要。
選擇更的電極材料,選擇錳酸鋰材料,在分子結構方面保證了在滿電狀態(tài),正極的鋰離子已經(jīng)完全嵌入到負極炭孔中,從根本上避免了枝晶的產(chǎn)生。同時錳酸鋰穩(wěn)固的結構,使其氧化性能遠遠低于鈷酸鋰,分解溫度超過鈷酸鋰100℃,即使由于外力發(fā)生內(nèi)部短路(針刺),外部短路,過充電時,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。
另外,采用錳酸鋰材料還可以大幅度降低成本。
提高現(xiàn)有控制技術的性能,首先要提高鋰離子電池芯的性能,這對大容量電池尤為重要。選擇熱關閉性能好的隔膜,隔膜的作用是在隔離電池正負極的同時,允許鋰離子的通過。當溫度升高時,在隔膜熔化前進行關閉,從而使內(nèi)阻上升至2000歐姆,讓內(nèi)部反應停止下來。
當內(nèi)部壓力或溫度達到預置的標準時,防爆閥將打開,開始進行卸壓,以防止內(nèi)部氣體積累過多,發(fā)生形變,終導致殼體爆裂。
提高控制靈敏度、選擇更靈敏的控制參數(shù)和采用多個參數(shù)的聯(lián)合控制(這對于大容量電池尤為重要)。對于大容量鋰離子電池組是串/并聯(lián)的多個電芯組成,如筆記本電腦的電壓為10V以上,容量較大,一般采用3~4個單電池串聯(lián)就可以滿足電壓要求,然后再將2~3個串聯(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置較為完善的保護功能,還應考慮兩種電路基板模塊:保護電路基板(Protection Board PCB)模塊及Smart Battery Gauge Board模塊。整套的電池保護設計包括:第1級保護IC(防止電池過充、過放、短路),第2級保護IC(防止第2次過壓)、保險絲、LED指示、溫度調(diào)節(jié)等部件。
在多級保護機制下,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為自動保護狀態(tài),如果情況不嚴重,往往在重新插拔后還能正常工作,不會發(fā)生爆炸。
筆記本電腦和手機使用的鋰離子電池所采用的底層技術是不的,需要考慮更的結構。
總之,隨著材料技術的進步和人們對鋰離子電池設計、制造、檢測和使用諸方面要求的認識不斷加深,未來的鋰離子電池會變得更。