拆解:聚合物锂电池内部构造

来源:诺信电子   发布时间:2019-07-08 18:43:29  阅读数:

  你知道聚合物锂电池内部到底什么构造吗?为什么是软的而不是圆筒?今天,咱们就来给大家拆解聚合物锂电池,给大家一个答案。

首先,拆解有风险,下手需谨慎

锂电池爆炸原理

  锂电池为什么会爆炸?锂电池之所以会爆炸的主要原因是因为它缺乏控温功能以及电芯质量太差。电芯质量差就容易漏电,甚至内部短路,电池储存的电能在一瞬间全部转化为内能也就是热能引燃电池本身,释放大量化学能。而锂电池本身就属于易燃品,锂电池起火极难扑灭。如果各位看过新闻就知道锂电车如果电池发生自燃很难完全灭火,因此大多数情况下消防队只能控制火势,却不能完全扑灭火灾,唯一的方法是在火势得到控制的情况下让电池组烧光。

电动车起火

  在几秒钟之内,从冒白烟变成了喷火燃烧,不但把整车烧成废铁,顺便还把旁边的奥迪和雷克萨斯也烧成废铁,彻底证明了谁是大哥。不少车主感叹:买特斯拉后,动手水平提升了,英语水平进步了,维权手段丰富了。

聚合物锂电池内部构造

  目前绝大多数电池均采用锂作为得失电子,即发生电化学反应的载体。它有极高的化学活性,当金属锂与氧气直接发生接触时,便会引起剧烈的燃烧与爆炸。锂的化合物分子式中,锂的含量越高,其热稳定性就越差,开始与电解液反应的温度就越低。当前应用广泛的锂电池正极材料,都是锂的化合物。磷酸铁锂,锰酸锂和三元锂,如果泛泛的说,三者的安全性是从高到低排列的。研发锂电池时会遵循两大基本安全规律:尽可能隔绝空气与含锂电极材料接触的可能性;尽可能将锂原子嵌入在其他材料中,或者以离子形式存留在电解液中,避免金属锂晶体的产生。

锂电池灭火

  锂电池的火灾,是最近几年电动汽车大发展后才越来越多出现在人们视野的火灾类型,对于消防人员来说,有着与其他火灾不同的特点。锂电池火灾温度高,如果是工厂或者仓库起火,其烟气浓,能见度低,对消防人员观察火情不利,其次,锂电池的场所一旦起火,周边的锂电池极易产生连锁反应。锂电池燃烧的产生的烟气含有有毒有害气体。

  使用大量的水灭火,成为一种两难的手段。一方面,火场温度高,即使火势熄灭后,也需要大量的水降温否则极易复燃;但锂电池遇水可能引发短路,也容易造成复燃。电动汽车火灾可以用水扑灭,但是耗水量大,水基灭火剂降温效果最好,气体及干粉类灭火剂效果不佳。

  相比之下如果仅仅是化学燃料火灾比如汽车自燃相对来说更容易扑灭,而电化学设备火灾则灭火困难得多。有意思的是有资料显示汽车自燃多半由电路问题引起,因此用电一定要注意安全。汽车电路安全第一,不要私自改装电路。

锂电池拆解

  锂电池可不是随意就可拆解的,建议大家没有相关知识不要拆解。本人作为物理实验室的负责人对电路知识以及锂电池爆炸的原理有清晰的理解和认识。因此可以这么说,锂电池在电量完全耗尽电压为0的报废状态下是没有能量的。锂电池正常使用的时候无论是100%充满状态还是0%亏电状态内部都有电能的存在,因此我们一般认为的0%并不是电池完全耗尽能量,只是低于这个电压就无法维持电池正常充电使用的一个电压我们定义为0%,此外过充会造成金属锂晶体析出,既没有以离子的形式待在电解液里,也没有被所在电极材料的笼式结构包裹。过充状态下的电池拆解短路起火的概率基本可以认为趋近于100%。

  锂电池依靠化学能储能,利用电化学反应可以将化学能与电能高效的互转,但是当锂电池本身电量耗尽电压=0的时候,其内部便没有电化学反应需要的能量。只要锂电池内部没有锂单质的存在,就可以拆解而不会自燃。我个人可以确定我手上这块电池已经0电压很长时间了而且有在安全环境下拆解后确实不会自燃的实践经验。

聚合物锂电池拆解

先划开锂电池外包放掉气体,气体味道非常糟糕好在刺激性不强。

聚合物锂电池拆解

一下子就瘪了

聚合物锂电池拆解

然后就能看到电池内部结构了

  锂电池无论是充电还是放电,其实都是锂离子在电池的正极与负极之间移动,并将电能和化学能相互转换的过程。在电池的内部不是电子在移动而是锂离子,这是锂电池能量密度方面最重要的特性,但是锂电池确实存在爆炸的风险。

  锂电池根据内部电解质形态的不同,又可细分为“锂离子电池”(Li-ion)和“聚合物锂电池”(Li-poly)。其中,当电解质为液体时就是“锂离子电池”,它需要使用金属外壳密封包裹防止漏液,所以质地较硬 聚合物电池用固体电解质代替了液体电解质,与液态锂离子电池相比,聚合物电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点,因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳。

聚合物锂电池拆解

剥开外皮看到电池本体

聚合物锂电池拆解

各位一定觉得电芯内部是用塑料袋包装

聚合物锂电池拆解

  而且塑料袋并不是想象中的和铝塑外皮一样围一圈的包装法,而是像折页一样反复曲折的弯折。你以为这只是个塑料袋,其实它是组成电池的材料——隔离膜。

  隔离膜将正极材料和负极材料隔离开 是聚合物电池最重要的材料之一。在充电时,正极材料分子中的锂元素会被分离出来,变成一个带有正电荷的锂离子(Li)。在外加电场的作用力下,这个锂离子会穿越电解质和隔离膜,到达终点负极后会与其中的碳原子发生化学反应生成LiC6,并稳定地嵌入到负极的石墨层状结构当中,最终实现存储能量的过程。在放电时,锂离子在化学反应的作用下会从负极重新移动回正极,这个过程会形成电流从而为数码产品供电 遗憾的是一旦电池过放锂离子就不会在外电势的作用下再移动。

聚合物锂电池拆解

从侧面看电池本身结构紧密,就像一本书一样

  上次看到这种结构好像还是书肺,也叫“肺囊”,节肢动物门蛛形纲特有的呼吸器官。在蜘蛛腹部前方两侧,有一对或多对囊状结构,叫气室,气室中有15~20个薄片,由体壁褶皱重叠而成,像书的书页,因而叫“书肺”。当血液流过书肺时,与这里的空气进行气体交换,吸收氧气,同时排出二氧化碳、完成呼吸过程。

锂电池结构像肺叶

  这种结构明显能提升等容积下的比表面积,也难怪电池用这种结构了。

  说到这个我想起来了一个中学物理实验。按我们老师当时的说法,测电池电动势用物理的方法要测几组数据还要算电池的内阻,而化学的话只需要了解反应电动势就可以了。

  电池的电化学反应电动势是恒定的,唯一决定电池电压下降的因素是电池内阻的上升。不知道这种中学的说法和事实比怎么样,但是事实上讲,旧电池确实内阻增大容量下降,因此锂电池本身也是有寿命的,该换还得换。之前收的那个华为P9就存在续航短低温自动关机的问题,换了一块新电池好多了。续航也长了低温也不关机了。

  此外这次拆的电池还属于高倍率电池,是航模电池。它本身内阻非常小,可以提供很大功率的大电流输出,因此一旦内部短路能量会急剧释放瞬间爆炸,是非常危险的东西。因此常见的民用锂电池一般都不是这种低内阻型的,只有高功率动力电池有这个问题。

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