Journal of Power Sources 191(2009)568–574
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Journal of Power
Sources
j o u r n a l h o m e p a g e :w w w.e l s e v i e r.c o m /l o c a t e /j p o w s o u
r
Internal short circuit in Li-ion cells
Hossein Maleki ?,Jason N.Howard
Motorola Inc Devices,1700Belle Meade Court,Lawrenceville,GA 30043,United States
a r t i c l e i n f o Article history:
Received 7January 2009
Received in revised form 20February 2009Accepted 23February 2009Available online 6March 2009Keywords:Li-ion cells
Li-ion Batteries
Internal short circuit Thermal stability
a b s t r a c t
Effects of internal short circuit (ISCr)on thermal stability of Li-ion cells of various sizes (130–1100mAh)are investigated using a combination of experimental methods and thermal modeling.Three experimental methods were evaluated:small nail penetration,small indentation,and cell pinch test.The small nail penetration and indentation tests created signi?cant heat sinking to the cell-can or to the nail.Only the cell pinch test provided a reasonable approximation of a high risk ISCr event.ISCr location plays a critical role in the consequences of an ISCr event.ISCr at the edge of the electrode is the worst case because of its limited heat conduction to the cell-can.The effects of cell capacity and state of charge on ISCr are also evaluated through tests and thermal modeling.
?2009Elsevier B.V.All rights reserved.
1.Introduction
Portable electronic products,in particular cell-phones and lap-top computers,demand for higher energy Li-ion batteries are increasing daily.Li-ion cell technology is now the primary source of energy for batteries used in most portable electronics because of its high energy density and long cycle-life.Li-ion cells consist of multiple layers of a carbon based material coated on copper foil (anode);lithium-metal oxides coated on aluminum foil (cath-ode);and a polymer membrane that electrically isolates the anode from the cathode (separator).A mixture of organic solvent and lithium-salt (electrolyte)provides an ionic conducting medium for the Li +ions to shuttle between the anode and the cathode dur-ing charge/discharge.The separator is made of a single-layer of polyethylene (PE)or tri-layers of polypropylene,polyethylene and polypropylene (PP/PE/PP).
Today’s Li-ion cells are potentially vulnerable to abuse condi-tions;in particular,ISCr in LiCoO 2based cells and/or charging to voltages above their recommended upper limits.Electrical abuse (overcharge and external short circuit)may be mitigated by control circuitry.Consequences of ISCr caused by mechanical abuse (drop,crush,etc.)or manufacturing issues will depend on the cell design,manufacturing quality,and nature of the event.While most ISCR events result in poor battery performance,in rare cases,ISCr can trigger thermal runaway.ISCr has been cited as the cause for ?eld incidents and recalls of Li-ion batteries [1,2].
?Corresponding author.
E-mail address:HosseinMaleki@Motorola.con (H.Maleki).
ISCr is an energetic process.Depending on cell design,up to 70%of the entire energy of the cell can be released in less than 60s causing signi?cant self-heating of the cell.During ISCr,the high electrical current (10–15A)through the short circuited spot causes localized heating inside the cell.Risk of thermal runaway is then dependent on:(1)localized heating energy of the ISCr spot and its duration,(2)shrinkage,melting point and propagation,and (3)overall cell temperature rise.
Zhang et al.investigated various cell parameters and design cases affecting thermal performance of Li-ion cells during ISCr [1].They suggest that Li-ion cells are at very high risk of thermal run-away if the uncoated section of the cathode Al-current collector contacts the anode surface.The anode heat propagation and solid electrolyte interface (SEI)layer thermal stability play critical roles in controlling the ISCr events in Li-ion cells.Barnet et al.investi-gated thermal performance of 2.2Ah 18650cells during ISCr [2]using modeling.They suggest that thermal energy of ISCr alone is suf?cient to increase localized temperature of a cell by 200?C.They also note that ISCr could cover a large percent of Li-ion bat-tery ?eld failures in portable electronics;although occurrence of thermal runway during ISCr is extremely rare.Application of high thermal stability materials and/or slowing down the active mate-rials’thermal reactions is potential strategies to protect Li-ion cells from thermal runaway during ISCr.Horn suggests electrode mate-rial’s uniformity could be the cause of soft-shorts in Li-ion cells [3].Kawai notes the importance of lowering electrode-separator interfacial impedance in protecting Li-ion cells from thermal run-away during ISCr [4].It has also been claimed that application of micro layers of ceramic coatings on the separator could mitigate the risk of thermal runaway during ISCr,especially for large Li-ion cells used in electric vehicle and hybrid electric vehicle applications
0378-7753/$–see front matter ?2009Elsevier B.V.All rights reserved.doi:10.1016/j.jpowsour.2009.02.070
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Table 1
List of information on prismatic Li-ion cells internally short circuited (ISCr)using small-nail penetration.Cell no.Nominal size:T ×W ×L a (mm)Cell mass (g)Dischar.capacity (mAh)Separator thickness (mm)Anode thickness b (mm)Cathode thickness b (mm)15×34×5021.111040.0190.1290.14025×34×4217.09080.0170.1330.14834×30×4814.77170.0170.1340.14744×34×4314.07110.0170.1350.14054×30×4112.06040.0170.1200.1336
4×34×50
17.1
820
0.017
0.128
0.142
a T (thickness),W (width),and L (length).
b
Anode and cathode thickness includes their materials coating pulse foils.
[5].It has been suggested that the bene?t is due to addition of the ceramic coating’s strength and resistance to melting and shrinking of the separator.Furthermore,Li-ion battery manufacturers also test thermal stability of the cells prior to their products’assembly.
To date,various methods of testing thermal performance of Li-ion cells under ISCr have been proposed.However,it is dif?cult to create a small,isolated mechanical short circuit inside a ?nished cell that mimics the type of ISCr that may lead to a ?eld incident.The common experimental methods that attempt to create an ISCr distort the overall cell integrity,create shorts in multiple locations,or sink heat and current to the cell can.Thus,analyzing ISCr’s in ?nished Li-ion cells is limited by imperfect experimental methods.
In this work,we consider a combination of experimental and thermal modeling to evaluate testing methods and performance of Li-ion cells under ISCr,including:
1.Practicality of small nail penetration,cell indentation,and cell pinching used to simulate ISCr.
2.Effects of cell size and capacity on thermal performance of Li-ion cells during ISCr.
3.Effects of ISCr locations on thermal performance of Li-ion cells during ISCr.2.Thermal Modeling of ISCr
The modeling is based on using a combination of measured elec-trical,electrochemical,and chemical heat generation of the cells during ISCr:
1-The electrical heat generation pro?le (Q Elect )is obtained using current,voltage,and time values (Eq.(1))from charged cells externally shorted circuited (ESCr)through a 1.0m resistor.2-The electrochemical heat generation (Q Echem )is obtained using the sum of the IR-drop,polarization,and the entropic heat effects of the cells (Eq.(2)).Charged cells were discharged at ISCr cur-rent using a current interruption method [6].
3-The chemical heat generation (QChem)of the ISCr location was determined using heat generation of charged cells measured by Accelerating Rate Calorimeter (ARC)[7].The total heat genera-tion of the cell is extrapolated to match the volume of the ISCr between two layers of cathode and anode.Q Elect =IV
(1)Q Echem =I (V ocv ?V op )+IT V T
(2)Q Chem =m Cp
T t
(3)Q Total =Q Elect +Q Echem +Q Chem
(4)
In Equations (1)–(3),the I and V are the cells’ESCr current (Amp)and voltage (V
);the V ocv and V op are cells’rest and operation volt-ages;T is cells’temperature at which V / T was measured using ARC;and m and Cp are the mass (g)and speci?c heat capacity (J g ?1?C)of the ISCr volume.The 1st and 2nd right hand terms in the Eq.(2)are known as irreversible (Q irrev )and reversible (Q rev )heats,respectively.Methods of measuring Cp and thermal conductivity (W/m ?C)of cell components are described elsewhere [8].
Fig.1.Schematic of a prismatic cell under small-nail penetration test,(?)indicates where temperatures were monitored.(b)Schematic of internal short circuit volume used in thermal modeling of Li-ion cells:two layers of anodes,two layers of cathodes and four layers of separators.Notations—ISCr:internal short circuit;ISCrC:internal short circuit center (X ,Y ,Z )dr:2mm from edge of the ISCr in X ,Y ,and Z Direction.
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In this modeling,both Q Elect and Q Chem are considered as heat sources for the ISCr volume,and the Q Echem for the entire jelly-roll. The ISCr in itself causes localized heating of the cell initially,and soon after the electrochemical reactions take over due to the current ?ow through the electrode assembly before crossing the short cir-cuited spot.This increases the entire cell temperature because of the cell internal impedance and high discharge current?ow through the electrodes before reaching the ISCr spot.
https://www.doczj.com/doc/c09228301.html,parison of ISCr experimental simulation with
thermal modeling
Several methods of testing ISCr response of Li-ion cells have been proposed.We compared experimental results from small-nail pen-etration(SNP),cell surface indentation(SIn),and cell pinching tests with thermal modeling.Table1lists information of the test cells’types,sizes,and capacity values.Cell samples were charged to the desired voltage at C-rate,and charging terminated when current dropped below20mA;For the Li-ion Polymer(LIP)cells,charging terminated when current dropped below10mA.
3.1.Small-nail penetration(SNP)
Fully charged cells(No.1–6;Cap.604–1104mAh)were inter-nally shorted by using a Brad-Nailer to insert a small nail (4.0mm×1.5mm×1.5mm)2–2.5mm deep into the lower-middle section of each cell.Rubber based adhesive was applied at the nail penetration spot to minimize the cell electrolyte leakage during the test.Cell surface temperature was measured at three locations [Near(Nr)the Short,Middle,and Top].The measurement continued until cell voltage dropped to near zero and temperature dropped after reaching a https://www.doczj.com/doc/c09228301.html,parable tests were simulated using thermal modeling.Fig.1a shows a schematic of the SNP test and locations where the cells’temperatures were monitored.Fig.1b shows a schematic of anode,cathode and separator layers arrange-ment(ISCr circuited volume)used in thermal modeling of cells during ISCr.
3.2.Surface indentation(SIn)
Two fully charged Li-ion polymer(LIP)cells(7and8;Capacity 350and130mAh)were indented at the center of their largest sur-face using an arbor press with a special?xture.The?xture included a stainless-steel ball tip,sized to press2.0–2.5mm deep into the cells without puncturing their0.22mm thick outer nylon laminated aluminum foil cover.In this case,ISCr occurred while the separa-tor ruptured and2–3layers of anodes and cathodes pressed into each other.Cell surface temperatures were measured at three loca-tions(Nr-Short,Middle,and Top).Tests were continued until cell voltage dropped to near zero,and temperature dropped after reach-ing a https://www.doczj.com/doc/c09228301.html,parable tests were simulated using thermal modeling.
3.3.Modeling comparison with SNP and SIn
Fig.2compares both the SNP and the SIn experimental and modeling results showing reasonable agreements.Fig.3shows the thermal pro?le of cell-5during SNP.Note that a large portion of heat from the ISCr location is transferred away from the ISCr spot by the nail itself.Fig.4a–c are photos of separators recovered from cells2, 3,and5,respectively,after the SNP test.In these cases,separator melting propagation was limited to less than4mm wide,mainly because of fast cooling of the ISCr location due to heat transfer through the nail.Fig.5shows thermal pro?les of cell-5during SIn test.In this case,again,it is obvious that a large portion of the heat transferred to the cell-can because the ISCr is in contact with
the https://www.doczj.com/doc/c09228301.html,parison of small-nail penetration(SNP)and small-indentation(SIn) testing and thermal modeling results.(?)locations where cell temperatures were
monitored.
Fig.3.Thermal modeling pro?les of cell-5under small-nail penetration test.The ISCr heat transfers through the nail to ambient surrounding the
cell.
Fig.4.Photos of separators recovered from cells2,3and5after small-nail penetra-tion test.Separator melting area circled.
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Fig.5.Thermal modeling pro?le of cell-5under Small-Indentation test.ISCr heat transfers to the cell-can.
aluminum cell-can wall.Overall results suggest that the SNP or SIn tests do not mimic high risk ISCr events.Both tests create substan-tial heat sinking to the cell-can or the testing nail.Both situations reduce the likelihood of triggering thermal runaway.
Studies above support an understanding that thermal runaway from an ISCr event is more likely when there is a high rate of local-ized electrode heating with limited heat transfer to the cell-can.If the ISCr event occurs deep within the cell-winding structure,at a location with limited heat dissipation capability,the heat genera-tion is initially localized;and then it must propagate through the cell jelly-roll before reaching the outer surface of the cell-can.This
with the ISCr located at the edges of the two inner most layers of
Fig.6.Thermal modeling pro?le of cell-5.ISCr located among the two inner most layers of anode and cathode at the edge of the jelly-roll.ISCr heat is trapped inside the cell.
anode and cathode facing the bottom of the cell-can.Fig.6shows the thermal pro?le of cell-5’s modeled cross section.Note that the temperature of the cell and its ISCr location increases by 100–225?C higher than those for SNP and SIn tests.Such results suggest a test-ing method that creates ISCr at edges of the inner most electrodes layers is a more realistic representation of a high-risk ISCR event than SNP and SIn tests.3.4.Cell pinch-test
Further experiments showed that a cell-pinching test method produces ISCr events that are more similar to the high-risk events that could occur in the ?eld.This method was used to evaluate cells of different sizes and capacities.The thin edge of a prismatic or
Fig.7.(a)Schematic of Pinch-test setup.Cell edge is compressed by two opposite forces.Applied force stops once cell voltage falls to near 0.0V.(b)Photos of jelly-roll and electrodes/separator assembly of a prismatic cell after Pinch-test.(c)Photos of electrodes/separator assembly of Li-ion polymer cell after Pinch-test.
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Table 2
List and information on Li-ion polymer cells internally shorted circuited (ISCr)using Pinch-Test.Summary of test results also included.Cells with capacity higher than 260mAh charged to 4.3V or increased risks of thermal runaway during ISCr.Cell no.
Size:T ×W ×L a (mm)Cell mass (g)Cells capacity (mAh)Separator
thickness (mm)Anode thickness (mm)Cathode thickness (mm)No.of cells tested Charged voltage (V)Exp.maximum temperature (?C mean b )No.of cells ruptured and smoked 1
5×12×30
2.9–
3.1
130
0.020
0.123
0.123
7 4.259017 4.368118 4.465125×12×30 2.8–3.21400.0200.1990.1215 4.387034×20×25 3.0–3.31500.0160.1210.12023 4.273013 4.376045×12×35 3.8–4.11800.0160.1160.1165 4.378055×20×30 5.0–5.22600.0200.1230.12311 4.29213 4.3>15026
5×27×30
6.7–
7.1
350
0.1190
0.119
0.119
5
4.2
>400
4
a T (thickness),W (width),and L (length).
b
Excluded cells that ruptured and smoked during Pinch-test.
polymer cell is compressed such that the 2–3inner most layers of anode and cathode are pressed into each other.Fig.7a shows a schematic of the test setup,and Fig.7b and c are photos of a jelly-roll and electrodes recovered from charged prismatic and LIP cells after the pinch test.Pinch-testing has limitations in creating a highly reproducible ISCr condition,especially in the case of prismatic Li-ion cells with metallic cans.Therefore,thermal modeling is critical for a detailed understanding the behavior of Li-ion cells for different cases of ISCr (e.g.effects of ISCr location and/or capacity on risks of thermal runaway).
A combination of thermal modeling and cell pinch testing was used to study the thermal stability of Li-ion polymer (LIP)cells of different sizes and capacities at 4.2,4.35and 4.5V.Table 2provides the test cells’basic information and Pinch-Test results.Fig.8shows thermal modeling pro?les of the ISCr spots and their surround-ings with the maximum temperature set to 135?C (melting point of PE based separator used in the cells).This setting predicts melting propagation of the separator surrounding the ISCr.Results show:
1.Temperature of the ISCr spot and its surroundings for the 132mAh cell (charged to 4.2,4.35and 4.5V)clearly remains below the melting point of the separator.Nearly similar condi-tions occur
in the 140,150and 180mAh cells charged to 4.2and 4.35V,and the 200mAh cell charged to 4.2V.Results suggest that heat generation of ISCr is not suf?cient to cause separator melt-ing propagation.Therefore,there is little chance of these cells going to thermal runaway under conditions described above.2.For cells charged to 4.35V and higher voltages,temperatures of the ISCr spots for both 200and 260mAh cells reach or exceed the melting point of the PE separator.Separator melting propagation is dependent on cell state of charge (SOC)and capacity,and these factors also increase the risk of thermal runaway during ISCr.For con?rmation we conducted pinch tests on some of the LIP cells charged to various SOC:4.2V covering batteries’nor-mal operation,as well as 4.3and 4.4V covering limits for battery overcharge protection.Table 2includes information on the LIP
Fig.8.Thermal pro?le of 4mm ×4mm separator surrounding the ISCr location.Maximum temperature is set at melting point of PE separator (135?C)for clear resolution of temperature distribution.
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Fig.9.(a)Schematic of the prismatic Li-ion cell(4×34×50)and the internal short circuit(ISCr)locations and their surrounding where cell temperatures were monitored. Individual models were run for each ISCr location.(b)superimposition of temperature vs.time pro?le for the ISCr location.
cells and their pinch test results that are in reasonable agree-ment with the modeling data.Both results show that LIP cells with capacity greater than260mAh are at risk of thermal run-away when charged to≥4.2V.Thermal response of the200mAh cell under ISCr could be marginal,while130–180mAh cells are not likely to reach thermal runaway,especially at voltages lower than 4.35V.
4.Effect of ISCr Location
During our work we observed that thermal response of Li-ion cells changes depending on the ISCr location.Therefore,thermal modeling was used to investigate thermal response of a fully charged790mAh Li-ion prismatic cell(size:4.2mm×34mm×50mm)internally shorted at six different locations.The modeling is based on effects of the ISCr location on the temperature pro?le inside the cell.
Fig.9a shows the ISCr locations(1–6)and their surroundings where the cell temperature was monitored.Fig.9b shows a super-imposition of temperature vs.time pro?les for all the ISCr locations in the cell.Note that the temperature of the ISCr for location four (L4)reaches a higher temperature than that for all other cases.This is related to fact that the ISCr at L4is near the jelly-roll bottom edge, however,the separator is1to1.5mm wider than the electrodes. Extra separator that?lls the space between the jelly-roll edge and bottom section of the cell-can internal wall limits the heat transfer from ISCr to the cell-can.The low temperature case occurs at ISCr location?ve(L5)in the center of the cell.In this case,the heat is transferred in all directions surrounding the ISCr,facilitating heat dissipation.Therefore,location of the ISCr plays a role in
the Fig.10.Temperature vs.time pro?les of internal short circuit(ISCr)and its surroundings at different locations inside of the prismatic(4mm×34mm×50mm)cell.
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thermal response of Li-ion cells during ISCr and will affect the risk of thermal runaway from an ISCr event.
Fig.10shows temperature vs.time pro?les for each of the ISCr spots and their surroundings at the six different locations in the jelly-roll and for the cell outside surface.Note that the ISCr spot and its immediate surrounding reaches a maximum temper-ature(150–600?C)in less than1.0s,followed by jelly-roll and cell surface temperature starting to increase1.0–2.0s after the begin-ning of the ISCr.After an immediate localized cooling of the ISCr hot spot,the cell overall temperature increases to150–165?C in 50–60s,and?nally the temperature of the entire cell starts cool-ing.Such temperatures cause separator melting and breakdown of the anode SEI-layer.Furthermore,150–165?C is within the range where the LiCoO2cathode plus electrolyte thermal decomposition reactions occur[9–12].Combinations of such thermal events obvi-ously increase the risk of thermal runaway during ISCr.High-risk ISCr events may occur when the ISCr is located where there is a gap between the electrode edges and the cell-can internal walls; or when the ISC heat generation is high enough to melt a large portion of separator.Pinch-test experimental results are consistent with this interpretation.
5.Conclusion
Combinations of experiments and thermal modeling were used to investigate test methods(Small Nail Penetration,Indention,and Pinch)simulating internal short circuits(ISCr)in prismatic Li-ion and Li-ion polymer(LIP)cells.Results indicated that pinching of the cell-edge where there are gaps between electrodes’edges and internal wall of the cell-can may create high risk ISCr events.
The risk of thermal runaway from ISCr events can increase with higher cell capacity,especially when the temperature of the ISCr and its surroundings exceed the separator melting point and approach the decomposition reaction temperature of cath-ode material with electrolyte.Among the cells tested,the LIP cells with200mAh or less capacity,charged to4.35V or less,have very low risk of reaching thermal runaway during ISCr.LIP cells with 260mAh or higher capacity,charged to4.2V or higher,may have increased risk of going to thermal runaway during some types of ISCr events.Although the low capacity LIP cells can sometimes?nd application in small portable devices,they are not considered com-mercially practical for many electrical products that require higher electrical energy and/or power(for example mobile phones,note-book computers,and power tools).
ISCr location plays a critical role in the consequences of an ISCr event.ISCr at the edge of the electrode where the heat conduction to the cell-can is limited by low thermal conductivity of the elec-trolyte and separator materials(>0.3W/m K)will have limited heat dissipation.Therefore,ISCr heat generation mainly transfers back into the jelly-roll through anode’s copper and cathode’s aluminum current collectors with high thermal conductivity.
Acknowledgements
Authors thank Russ Gyenes,Amy Herrmann and Jim Krause for technical advice.Special thanks to Corina Stanescu and Ed Louie for Pinch-Test experimental support.
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铅酸蓄电池内部短路原因以及处理办法电池内部短路是常见的故障之一，本文将详细分析短路原因及处理方法，铅酸蓄电池短路现象主要以下几个方面： 1、开路电压低，闭路电压（放电）很快达到终止电压。 2、大电流放电时，端电压迅速下降到零。 3、开路时，电解液密度很低，在低温环境中电解液会出现结冰现象。 4、充电时，电压上升很慢，始终保持低值（有时降为零）。 5、充电时，电解液温度上升很高很快。 6、充电时，电解液密度上升很慢或几乎无变化。 7、充电时不冒气泡或冒气出现很晚。 造成铅酸蓄电池内部短路的原因有： 1、隔板质量不好或缺损，使极板活性物质穿过，致使正、负极板虚接触或直接接触。 2、隔板窜位致使正负极板相连。 3、极板上活性物质膨胀脱落，因脱落的活性物质沉积过多，致使正、负极板下部边缘或侧面边缘与沉积物相互接触而造成正负极板相连。 4、导电物体落入电池内造成正、负极板相连。 5、焊接极群时形成的"铅流"未除尽，或装配时有"铅豆"在正负极板间存在，在充放电过程中损坏隔板造成正负极板相连。
铅酸蓄电池短路的处理方法 下面主要就充电电流过大，单只电池充电电压超过了2.4V，内部有短路或局部放电、温升超标、阀控失灵现象造成的铅酸蓄电池短路进行分析，总结出如下铅酸蓄电池短路的处理方法。 1、减小充电电流，降低充电电压，检查安全阀体是否堵死。定期充电放电。UPS电源系统中的铅酸蓄电池浮充电压和放电电压，很多在出厂时均已调试到额定值，而放电电流的大小是随着负载的增大而增加的，使用中应合理调节负载，比如控制计算机等电子设备的使用台数。 一般情况下，负载不宜超过UPS额定负载的60%.在这个范围内，蓄电池就不会出现过度放电。铅酸蓄电池存放会因自放电而失去部分容量，因此，铅酸蓄电池在安装后投入使用前，应根据电池的开路电压判断电池的剩余容量，然后采用不同的方法对蓄电池进行补充充电。对备用搁置的蓄电池，每3个月应进行一次补充充电。可以通过测量松下蓄电池开路电压来判断电池的好坏。 2、以12V电池为例，若开路电压高于12.5V，则表示电池储能还有80%以上，若开路电压低于12.5V，则应该立刻进行补充充电。若开路电压低于12V，则表示电池存储电能不到20%，电池不堪使用。蓄电池在短路状态时，其短路电流可达数百安培。短路接触越牢，短路电流越大，因此所有连接部分都会产生大量热量，在薄弱环节发热量更大，会将连接处熔断，产生短路现象。 蓄电池局部可能产生可爆气体（或充电时集存的可爆气体），在连接处熔断时产生火花，会引起蓄电池爆炸；若蓄电池短路时间较短或电流不是特别大时，可能不会引起连接处熔断现象，但短路仍会有过热现象，会损坏连接条周围的粘结剂，使其留下漏液等隐患。 在安装铅酸蓄电池时，应使用的工具应采取绝缘措施，连线时应先将电池以外的电器连好，经检查无短路，最后连上蓄电池，布线规范应良好绝缘，防止重叠受压产生破裂。通过这些细致的工作，才能更好的预防铅酸蓄电池短路，使铅
一.请教，正负极的集流体分别用铝箔和铜箔，有什么特别的原因吗？反过来用有什么问题吗？看到不少文献直接用不锈钢网的，有区别吗？ 1、采用两者做集流体都是因为两者导电性好,质地比较软(可能这也会有利于粘结)，也相对常见比较廉价，同时两者表面都能形成一层氧化物保护膜。 2、铜表面氧化层属于半导体，电子导通，氧化层太厚，阻抗较大；而铝表面氧化层氧化铝属绝缘体，氧化层不能导电，但由于其很薄，通过隧道效应实现电子电导，若氧化层较厚，铝箔导电性级差，甚至绝缘。一般集流体在使用前最好要经过表面清洗，一方面洗去油污，同时可除去厚氧化层。 3、正极电位高，铝薄氧化层非常致密，可防止集流体氧化。而铜箔氧化层较疏松些，为防止其氧化，电位比较低较好，同时Li难与Cu在低电位下形成嵌锂合金，但是若铜表面大量氧化，在稍高电位下Li会与氧化铜发生嵌锂发应。AL箔不能用作负极,低电位下会发生LiAl合金化。 4、集流体要求成分纯。AL的成分不纯会导致表面膜不致密而发生点腐蚀，更甚由于表面膜的破坏导致生成LiAl合金。 铜网用硫酸氢盐清洗后用去离子水清洗后烘烤，铝网用氨盐清洗后用去离子水清洗后烘烤，再喷网导电效果好。 二.有个问题请教。我们在测卷心短路时，采用的电池短路测试仪，电压多高时，可以准确测试出短路电芯，还有，短路测试仪的高电压击穿原理是什么样的，期待你详细解说，谢谢！ 用多高的电压来测电芯短路，和以下几个因素有关： 1.贵公司的工艺水平； 2.电池本身的结构设计 3.电池的隔膜材料 4.电池的用途 不同的公司采用的电压不太一样，不过很多公司都是不管型号大小容量高低清一色用同一电压的。以上几个因素按照从重到轻的顺序可以这样排列：1>4>3>2，即是说，贵公司的工艺水平决定短路电压大小。 击穿原理简单说来，就是由于在极片与隔膜间，如果存在一些潜在短路的因素，如粉尘，颗粒，较大隔膜孔，毛刺等，我们可以称之为薄弱环节。在固定的，较高的电压下，这些薄弱的环节使得正负极片间的接触内阻要比其它地方要小，容易电离空气产生电弧，；或者是正负极已经短路，接触点较小，在高压条件下，这些小接触点瞬间有大电流通过，电能瞬间转换成热能，造成隔膜融化或瞬间击穿 论根据比较复杂，从数据表现上来看，是根据电池的化成CV曲线图来制定化成步骤，可是目前几乎没有企业采用，因为什么呢？他们不知道什么叫CV。 老化是一个不太科学的说法，严格意义上来说，应该叫陈化和熟化。陈化指的是电池注液后在一定环境条件（当然包括荷电状态）的搁置，熟化是电池在化成后分容前，在一定环境条件下的搁置。 以上两个步骤都有人称老化，如果细节对比的话，圆柱，软包，方形硬壳电池的步骤不太一样，
锂电池内部微短路控制方法 1锂电池内部微短路成因分析 2006年，锂电池巨头索尼公司的锂电池造成数起戴尔牌笔记本电脑爆炸起火，引起美、日官方的重視。稍后，尽管采用了非常安全的A123磷酸铁锂电池，美国的丰田普锐斯混合动力汽车经第三方改装后在行驶时烧毁。2011年，在杭州、上海及深圳都有新能源出租车及大巴烧毁事件。 显然，即使采用锂电池家族中最安全的磷酸铁锂体系，依然无法避免安全事故的发生。 从化学原理上进行分析，锂电池的安全性比汽油还差。汽油储存在密闭的金属容器内，如果不同时发生泄漏（汽油和空气接触）和遇到明火（或者火星，引发作用）这两个条件，是非常安全的；而锂电池的能量则储存于一层薄薄的隔膜两侧，氧化剂（正极活性物质）、还原剂（负极活性物质）在发生内部短路（引发作用）的情况下，将同时发生剧烈的化学反应和电化学反应，急剧发热，并可能起火、燃烧、爆炸，对于有机溶剂体系的锂电池来说就更容易燃烧一些。 在锂电池的众多失效模式中，单体电池内部短路无疑危害最大，最难以预测和分析，没有办法通过外部控制电路来进行保护。内部短路造成的高温、高阻、还很容易造成电池组的连锁反应。 目前广泛认为单体电池内部短路的原因可能有： 1）吸附在隔膜表面或者单体电池壳体顶部、底部的粉尘。制造环境、工艺控制不良的情况下，会形成大量的正/负极片粉尘和焊接引起的金属粉尘，并通过静电作用吸附在隔膜表面。极片本身不够光滑，粉体粘结强度不够，本身也会造成这种问题。 2）卷绕/叠片时形成的正/负极片错位。 3）金属焊点、极片边缘有毛刺。 4）隔膜两侧形成锂枝晶，由于不均匀反应造成的局部电化学反应或过充电而形成锂枝晶。 5）电解液分布不均匀造成正/负极片利用率不一致。 6）材料本身的问题。材料纯度不高、与电解液相容性不好、正极金属材料不耐高电压、负极金属材料与锂形成合金，都可能形成杂质沉积或锂枝晶。 7）外部因素。外部机械力的作用导致单体电池壳体变形并进而导致隔膜移位、破损，外界温度过高导致隔膜过度收缩、破损，过充电、强制放电造成单体电池内部形成锂枝晶，都可能造成内部短路。 2锂电池内部微短路的模拟试验方法 鉴于内部微短路对锂电池安全的严重威胁，国际和国内各种锂电池安全标准设计了很多相应的内短路模拟测试项目。这些模拟的测试方法主要有平板挤压法、圆柱挤压法、针刺、重物撞击、金属填埋法等等，其中金属填埋法是在日本锂离子电池在笔记本电脑中出现自燃后所诞生的新方法，目前主要用于二次电池。 日本的JIS标准和美国的NASA标准采用了金属填埋法，将微小的金属片预先放置于单体电池内部扎穿隔膜，考察锂电池在发生内部短路的情况下的安全性，非常直接。但是此法本身具备很大的危险性，最好采用机器人操作的方式。 重物撞击是一种模拟内部短路的测试方法，一般是在电池上方放置一根金属圆棒，然后利用重物撞击此金属圆棒，造成电池壳体变形产生内部短路。与挤压法一样，该法也存在一个不均衡的问题，即对壳体薄的电池不利，但事实上壳体薄的电池在发生内部短路时反而会安全一些。 枪击试验是将电池放置在大于25m距离的位置上，然后用枪射击造成电池内部短路。此法为GJB 2374所创，除了我国的军用标准，其他的一般标准中没有此项目。 针刺试验是在电池中插入一金属针，直接造成电池内部的正负极接触短路，过于激烈，不能很好地模拟内部微小的短路情况，因为成品电池中往往不会出现这种激烈的内部短路，如果存在的话早已在制造过程中就被发现了。针刺试验方法被1995版本的美国UL1642标准
适用范围： 13串锂电池组，额定放电电流<20A,充电电流<3A 特点 ■高精度电压检测电路 ■低静态功耗 ■低温度系数 ■强抗干扰能力 一、主要技术参数 二、保护板功能说明 1、将锂电池与保护板按接线图连接 保护电路分别检测串联电池组中每只电池的电压和电流，控制电池组的充放电 过程。电池组中每只电池的电压均在过充检测电压和过放检测电压之间，并且
输出无短路现象时，MOS管导通，通P+、P-可对电池组进行放电操作； 2、电池组过放保护功能 串联电池组中的任意一只电池的电压下降到过放检测电压并且达到过放延时时 间时，过放保护功能启动，切断放电MOS管，禁止电池组对外输出电流，保护电 池组安全，电路板进入休眠状态，电路板消耗电流为休眠电流以下，进入休眠状 态的电路只有在连接充电器后，并且电池电压超过过放恢复电压后才能恢复； 3、电池组过充保护功能 通过P+和C-对电池组充电过程中，当任何一节电池电压上升到电池过充检测电 压，并且超过过充延时时间时，过充保护功能启动，切断充电MOS管，禁止对电 池组充电，保护电池组安全，当电池组连接负载放电或者电池电压下降到过充恢 复电压以下时，过充状态被恢复； 4、电池组短路保护功能 当电池组放电端口P+和P-发生短路时，保护电路会在短路保护延时时间后，切 断放电MOS管，禁止电池组对外放电，当外部短路被移除后，电路自动恢复； 5、电池组过流保护功能 当电池组放电端口P+和P-发生过电流现象时，保护电路会在过流保护延时时间 后，切断放电MOS管，禁止电池组对外放电，当外部短路被移除后，电路自动 恢复。 6、电池组充电均衡功能 由于电池的匹配或者外界环境影响而导致电池组中每只电池电池电压产生差异 时，若串联各组之间的电池电压差异超过设置值时允许均衡电路工作，均衡在充 电过程中启动，均衡电阻对相对容量最高的电池组进行放电，均衡电流为均衡吸 收电流值，以此来降低电池组电压上升速度，当串联各组电池电压差异小于设置 值时时，禁止均衡电路工作，无任何均衡电
1，过充电 锂电池芯过充到电压高于 4.2V 后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于 4.2V 后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。 2，过放电 锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于 2.4V 时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到 2.4V 才停止。锂电池从 3.0V 放电到 2.4V 这段期间，所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此，3.0V 是一个理想的放电截止电压。与过充电是一个完全相反的过程。3，过电流 过电流通常指带保护板的情况下会过电流，由于保护板对过电流值有明确的要求，当超过某一电流值后，正常情况下，保护板会切断电路。如果保护板末能切断电路，则电芯会持续过电流，且产生剧烈的过热反应。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。万一电池外壳破裂，就会爆炸。 4，短路 4．1．外部短路 外部短路是指电芯的外部，包含了电池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。当电芯外部发生短路，电子组件又未能切断回路时，电芯内部会产生高热，造成部分电解液汽化，将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135 ℃时，质量好的隔膜纸，会将细孔关闭，电化学反应终止或近乎终止，电流骤降，温度也慢慢下降，进而避免了爆炸发生。但是，细孔关闭率太差，或是细孔根本不会关闭的隔膜纸，会让电池温度继续升高，更多的电解液汽化，最后将电池外壳撑破，甚至将电池温度提高到使材料燃烧并爆炸。 4．2．内部短路 内部短路主要是因为铜箔与铝箔的毛刺穿破隔膜，或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所造成。这些细小的针状金属，会造成微短路。由于，针很细有一定的电阻值，因此，电流不见得会很大。铜铝箔毛刺系在生产过程造成，可观察到的现象是电池漏电太快，多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来。而且，由于毛刺细小，有时会被烧断，使得电池又恢复正常。因此，因毛刺微短路引发爆炸的机率不高。（这样的说法，可以从各电芯厂内部都常有充电后不久，电压就偏低的不良电池，但是却鲜少发生爆炸事件，得到统计上的支持。）因此，内部短路引发的爆炸，主要还是因为过充造成的。因为，过充后极片上到处都是针状锂金属结晶，刺穿点到处都是，到处都在发生微短路。因此，电池温度会逐渐升高，最后高温将电解液气体。这种情形，不论是温度过高使材料燃烧爆炸，还是外壳先被撑破，使空气进去与锂金属发生激烈氧化，都是爆炸收场。但是过充引发内部短路造成的这种爆炸，并不一定发生在充电的当时。有可能电池温度还未高到让材料燃烧、产生的气体也未足以撑破电池外壳时，消费者就终止充电，带手机出门。这时众多的微短路所产生的热，慢慢的
该电路主要由锂电池保护专用集成电路ＤＷ０１，充、放电控制ＭＯＳＦＥＴ１（内含两只Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ）等部分组成，单体锂电池接在Ｂ＋和Ｂ－之间，电池组从Ｐ＋和Ｐ－输出电压。充电时，充电器输出电压接在Ｐ＋和Ｐ－之间，电流从Ｐ＋到单体电池的Ｂ＋和Ｂ－，再经过充电控制ＭＯＳＦＥＴ到Ｐ－。在充电过程中，当单体电池的电压超过４．３５Ｖ时，专用集成电路ＤＷ０１的ＯＣ脚输出信号使充电控制ＭＯＳＦＥＴ关断，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中，当单体电池的电压降到２．３０Ｖ时，ＤＷ０１的ＯＤ脚输出信号使放电控制ＭＯＳＦＥＴ关断，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放电而损坏，ＤＷ０１的ＣＳ脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制ＭＯＳＦＥＴ的导通压降剧增，ＣＳ脚电压迅速升高，ＤＷ０１输出信号使充放电控制ＭＯＳＦＥＴ迅速关断，从而实现过电流或短路保护。 二次锂电池的优势是什么? 1. 高的能量密度 2. 高的工作电压 3. 无记忆效应 4. 循环寿命长 5. 无污染 6. 重量轻 7. 自放电小 锂聚合物电池具有哪些优点? 1. 无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体。 2. 可制成薄型电池：以 3.6V400mAh的容量，其厚度可薄至0.5mm。 3. 电池可设计成多种形状 4. 电池可弯曲变形：高分子电池最大可弯曲900左右 5. 可制成单颗高电压：液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压，高分子电池由于本身无液体，可在单颗内做成多层组合来达到高电压。
7. 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍 IEC规定锂电池标准循环寿命测试为: 电池以0.2C放至3.0V/支后 1. 1C恒流恒压充电到4.2V截止电流20mA搁置1小时再以0.2C放电至3.0V(一个循环) 反复循环500次后容量应在初容量的60%以上 国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为(IEC无相关标准). 电池在25摄氏度条件下以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,在温度为20+_5下储存28天后,再以0.2C放电至2.75V计算放电容量 什么是二次电池的自放电不同类型电池的自放电率是多少？ 自放电又称荷电保持能力，它是指在开路状态下，电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力。一般而言，自放电主要受制造工艺，材料，储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一。一般而言，电池储存温度越低，自放电率也越低，但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用，BYD 常规电池要求储存温度范围为-20~45。电池充满电开路搁置一段时间后，一定程度的自放电属于正常现象。IEC标准规定镍镉及镍氢电池充满电后，在温度为20度湿度为65%条件下，开路搁置28天，0.2C放电时间分别大于3小时和3小时15分即为达标。 与其它充电电池系统相比，含液体电解液太阳能电池的自放电率明显要低，在25下大约为10%/月。 什么是电池的内阻怎样测量? 电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电 电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值. 交流内阻测试方法为:利用电池等效于一个有源电阻的特点,给电池一个1000HZ,50mA的恒定电流,对其电 压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值. 什么是电池的内压电池正常内压一般为多少? 电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力.主要受电池材料制造工艺,结构等使用过程因素影响.一般电池内压均维持在正常水平,在过充或过放情况下,电池内压有可能会升高: 如果复合反应的速度低于分解反应的速度,产生的气体来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高. 什么是内压测试? 锂电池内压测试为:(UL标准) 模拟电池在海拔高度为15240m的高空(低气压11.6kPa)下,检验电池是否漏液或发鼓. 具体步骤:将电池1C充电恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA ,然后将其放在气压为11.6Kpa,温度为 (20+_3)的低压箱中储存6小时,电池不会爆炸,起火,裂口,漏液. 环境温度对电池性能有何影响？ 在所有的环境因素中，温度对电池的充放电性能影响最大，在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关，电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降，电极的反应率也下降，假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池的功率输出也会下降。如果温度上升则相反，即电池输出功率会上升，温度也影响电
一、锂电池为什么有安全性问题 1、内部短路是如何形成的：锂 离子电池的最大的隐患是应用钴酸锂 的锂离子电池在过充的情况下（甚至正 常充放电时），锂离子在负极堆积形成 枝晶，刺穿隔膜，形成内部短路。 2、产生大电流：外部短路，内 部短路将产生几百安培的过大电流 i. 外部短路时，由于外 部负载过低，电池瞬间大电流放电。在 内阻上消耗大量能量，产生巨大热量。 ii. 内部短路，主要原因 是隔膜被穿透，内部形成大电流，温度 上升导致隔膜熔化，短路面积扩大，进 而形成恶性循环 3、气体是哪里来的：锂离子电池为达到单只电芯 3 － 4.2V 的高工作电压（镍氢和镍硌电池工作电压为 1.2V ，铅酸电池工作电压为 2V ），必须采取分解电压大于 2V 的有机电解液，而采用有机电解液在大电流，高温的条件下会被电解，电解产生气体，导致内部压力升高，严重会冲破壳体 4、燃烧是如何发生的：热量来源于大电流，同时在高电压（超过 5V ）情况下，正极锂的氧化物也会发生氧化反应，析出金属锂，在气体导致壳体破裂的情况下，与空气直接接触，导致燃烧，同时引燃电解液，发生强烈火焰，气体急速膨胀，发生爆炸。
5、聚合物电池是否会有安全性问题：聚合物电池与锂离子电池的区别在于电解液为胶状、半固态，锂离子电池电解液为液态。所以，聚合物电池可以使用软包装，在内部产生气体时，可以更早的突破壳体，避免气体聚集过多，产生激烈涨裂。但聚合物电池并没有从根本上解决安全性问题，同样使用钴酸锂和有机电解液，而且电解液为胶状，不易泄漏，将会发生更猛烈的燃烧，燃烧是聚合物电池安全性最大的问题。 二、如何解决大容量锂电池的安全性问题 锂离子电池的安全性问题，并不是外围问题，而是一个基于材料技术的本质问题。 在材料技术上取得突破： 1、选择安全的正极材料，目前的正极有钴酸锂和锰酸锂两种量产的材料产品。钴酸锂在小电芯方面是很成熟的体系，由于钴酸锂在分子结构方面（ LiCo ）的特点：充满电后，仍旧有大量的锂离子留在正极，当过充时，残留在正极的锂离子将会涌向负极，在负极上形成枝晶是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果，甚至在正常充放电过程中，也有可能会有多余的锂离子游离到负极形成枝晶。所以手机电池频频发生爆炸事件，一方面是由于保护电路失效，但更重要的是在材料方面并没有根本的解决问题。同时钴酸锂的氧化性强，在 175 度时就会分解，壳体泄漏，与空气接触，发生燃烧、爆炸。 2、选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂 100 度，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。
作者简介: 魏洪兵(1980-),男,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:锂离子电池安全检测,本文联系人;宋 杨(1977-),男,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局副主任,研究方向:电池检测; 王彩娟(1981-),女,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:电池检测;赵 永(1981-),女,江苏人,中华人民共和国吴江出入境检验检疫局工程师,研究方向:电池检测。 锂离子电池内部短路实验方法的比较 魏洪兵,宋 杨,王彩娟,赵 永 (中华人民共和国吴江出入境检验检疫局,江苏吴江 215200) 摘要:总结了模拟锂离子电池内部短路的实验方法:针刺实验、挤压实验、重物撞击实验、强制内部短路实验、钝针实验、 NASA 方法和棒挤压实验。对各种实验方法的作用机理、模拟内部短路的实验结果进行了分析。 关键词:锂离子电池; 内部短路; 安全性 中图分类号:TM91219 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2009)05-0294-02 The comparison of Li 2ion battery internal short circuit test methods WEI Hong 2bing ,SON G Yang ,WAN G Cai 2juan ,ZHAO Y ong (W ujiang Ent ry 2Exit Inspection and Quarantine B ureau of the People ’s Republic of China ,W ujiang ,Jiangsu 215200,China ) Abstract :The test methods to simulate internal short circuit test of Li 2ion battery such as nail test ,crushing test ,impact test , forced internal short circuit ,blunt nail test ,NASA method and rod crushing test were summarized 1The action mechanisms of the test methods and test results of the simulation of internal short circuit were analyzed 1 K ey w ords :Li 2ion battery ; internal short circuit ; safety 锂离子电池的安全性与许多因素有关,如材料的性能、电池的设计、电池的组装及电池的管理与使用条件等。在评价锂离子电池的安全性能时,内部短路实验是一种有效的方法。电池发生内部短路时,一股极高的电流通过短路位置并产生大量的热,由此可能在电池内部产生热失控现象,甚至起火或爆炸。通过预测性实验和检测方法来评价内部短路性能,是锂离子电池检测的重要方面[1-2] 。 本文作者研究了国际电工委员会(IEC )、美国电气和电子工程师协会(IEEE )、日本电池协会(BAJ )、美国保险商实 验所(UL )和美国国家航空和宇宙航行局(NASA )等组织制定的模拟内部短路检测方法,分析了各方法的优缺点。 1 实验方法 在锂离子电池检测方法中,模拟内部短路的相关方法及标准号或制定机构见表1。 111 针刺实验[3] 针刺实验是将一枚钢针以一定的速率穿过电池。表1 模拟内部短路的实验方法 T able 1 The test methods to simulate internal short circuit 实验方法标准号或制定机构 针刺实验G JB 4477:2002[3] 重物撞击实验 ST/SG/AC 110/11/REV 143813[4] UL 1642:2007[5]UL 2054:2005[6] 挤压实验IEC 62133:2002[7]UL 1642:2007[5]UL 2054:2005[6] 强制内部短路实验J IS C8714:2007[8] 钝针实验[9] UL NASA 方法[10] NASA 棒挤压实验 [9] UL 2054:2005[6] 112 重物撞击实验[4- 6] 将电池放平,把直径为1518mm 的铁棒横放在电池中心,将质量为911kg 的物体从(61±215)cm 的高度跌落到电池上。 第39卷 第5期2009年 10月电 池 BA TTER Y BIMON THL Y Vol 139,No 15 Oct 1,2009
电池常见的5种故障判断 电动车用蓄电池制造水平参差不齐，蓄电池质量、性能区别也相当大。与蓄电池配合的设备质量好坏也不同程度地影响蓄电池的性能。使用条件的千差万别，也造成电动车性能的差异，在用户看来都可能理解成为蓄电池的质量问题。在电动车主要部件中，蓄电池的故障率较高，以下列举了一些典型的故障现象，介绍其检查处理方法。 一、电池极板硫酸盐化 1、故障现象 极板硫酸盐化也叫电池硫化是铅酸蓄电池最常见的故障，许多蓄电池失效也是因这一故障而发生的。极板硫酸盐化主要表现为：充电时电压很快上升，过早析出气体，温度上升快；放电时电压下降快，容量小。 2、故障的检查和处理 产生极板硫酸盐化原因归结如下： （1）存放时间过长，自放电率高，未对其进行维护充电。 （2）放电后未对其进行及时充电。 （3）长时间处于欠充电状态。 （4）过放电。 （5）干涸或加入的电解液浓度过高。 蓄电池产生硫酸盐化时，应根据其程度的轻重进行修复。 硫化较重者，需要对电池进行正负脉冲充放电，才能恢复正常。 具体方法为：先对蓄电池补加入纯水或密度为1.05g/cm3稀硫酸到富液状态，再用正负脉冲充电器对其进行充电激活，首次充电要充足12个小时以上，充满后把电放掉，再充，累计充电时间要达到24个小时以上，这是电池修理店的常用方法。 家庭使用者，可以加水后用正负脉冲充电器充电，像平常充电一样。 硫化较轻者，请直接使用正负脉冲充电器除硫。
二、电池充不进电 1、故障现象 首先检查充电回路的连接是否可靠，检查连线与插头接触是否完好，认真检查插座和插头是否有“打火”烧弧现象，有无线路损伤断线等。 检查充电器有无损坏，充电参数是否符合要求。 查看电池内部是否有干涸现象，即电池是否缺液严重。 还应检查极板是否存在硫酸盐化。极板的硫酸盐化，可通过充放电测量其端电压的变化来判定。在充电时，电池的电压上升特别快，某些单格电压特别高，超出正常值很多；放电时电压下降特别快，电池不存电或存电很少。出现上述情况，可判断电池出现硫酸盐化。 2、故障的检查和处理 先将充电回路连接牢固，充电器不正常的应更换。干涸的电池应补加纯水或1.050的硫酸，进行维护充电、放电恢复电池容量。如果发现有硫酸盐化，应使用正负脉冲充电激活恢复容量。干涸的电池加液后的维护充电，应控制最大电流1.8A，充电10-15小时，三只电池的电压均在13.4V/只以上为好。如果电池之间电压差别超过0.3V，说明电池已经出现不同步的硫酸盐化。对于发生硫酸盐化的电池，需要更换整组电池或使用正负脉冲激活电池。 三、新电池电压降得快 1、故障现象 新电池装车、起动时电压降得快。 2、故障的检查和处理 检查仪表显示电压与电池容量是否相符。 仪表显示的电压与电池容量关系不符合上表时，应要求厂家调整。 检查蓄电池连接线是否可靠，有无短路和连接不可靠等。有则排除之。 检查电动车起动和运行电流是否过大，若是过大（起动电流在15A以上，运行时的电流6A以上）应调整控制器限流值或对电机进行检查修理。 检查蓄电池容量是否偏低，若是偏低，应对电池使用正负脉冲充放电。
手机锂离子电池保护电路原理分析上网时间：2009-07-22 来源：EAW电子技术应用 中心议题： 锂离子电池的特点 锂离子电池保护电路工作原理 解决方案： 采用过充电保护 采用过放电保护 放电过电流保护 线路短路保护 述。 锂电池分为一次电池和二次电池两类，目前在手机里的备用电池因耗电小主要使用不可充电的一次锂电池，而在手机主电池因耗电量较大则使用可充电的二次电池，即锂离子电池。 与镍镉和镍氢电池相比，锂离子电池具备以下几个优点： 1、电压高，单节锂离子电池的电压可达到3.6V，远高于镍镉和镍氢电池的1.2V电压。 2、容量密度大，其容量密度是镍氢电池或镍镉电池的1.5-2.5倍。 3、荷电保持能力强（即自放电小），在放置很长时间后其容量损失也很小。 4、寿命长，正常使用其循环寿命可达到500次以上。 5、没有记忆效应，在充电前不必将剩余电量放空，使用方便。 由于锂离子电池的化学特性，在正常使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电
和过电流将会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧后，会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题，因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路，用于对电池的充、放电状态进行监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池发生损害。 下图为一个典型的锂离子电池保护电路原理图。 V1、V2）和一个控 N1 MOSFET的栅极，MOSFET 分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断，C3 原理分析如下： 1、正常状态 在正常状态下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET MOSFET的导 通阻抗很小，通常小于30 小。 此状态下保护电路的消耗电流为μA级，通常小于7μA。 2、过充电保护
东莞市钜大电子有限公司 锂电池短路三大情况 笔者：I_know_i_ask 工具/原料 (2) 短路出现情况/原因 (2) 锂电池短路之一造成漏液 (2) 锂电池短路之二造成自燃 (3) 锂电池短路之三造成爆炸 (3) 注意事项 (4) 怎样使用锂电池更安全 (4) 步骤/方法 (5) 预防措施 (6) 聚合物锂离子电池充放电注意事项 (7) 1、充电 (7) 2、放电 (7) 3、过放电 (8) 4、具体应用时要求加合格保护电路板。 (8)
随着数码产品普及，锂电池也随着普遍存在我们生活中，然而对于锂电池带来的危险依旧是一个老生常谈的话题，据调查锂电池出现安全问题而导致的较严重后果归于短路造成的；下面是笔者心德与广大友人共享。 工具/原料 锂电池 短路出现情况/原因 锂电池短路之一造成漏液 锂电池体内温度上升较慢的情况下，外壳逐渐溶化，保护层起不到保护作用，导致有腐蚀性的电解液的泄漏。
锂电池短路之二造成自燃 当锂电池短路时产生的火花会在瞬间点燃电解液，这是由于电解液由易燃液体构成，燃烧的电解液会跟着引燃塑料机身，导致电池燃烧，电池周围如果有易燃物的话将会造成火灾。 锂电池短路之三造成爆炸 锂电池体内温度上升较快，由于外壳不象在温度上升较慢时会逐渐溶化，因而导致电池内部空间不足以容纳加热情况下的膨胀气体，电池容器因压力过大而爆炸。
注意事项 1、数码产品使用锂电池时一定要原装锂电池、原装充电器、适宜的环境温度工作、切忌不自行改装电池等； 2、对于废旧的锂电池要科学回收； 怎样使用锂电池更安全 锂离子电池（Li－ion）是可充电电池的一种，通常被用在笔记本电脑、手机和iPod上。一些简单的使用注意事项将让您的锂离子电池相对更安全，也更长寿。
文件编号：TP-AR-L8056 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 锂电池发鼓胀气和爆炸 原因分析(正式版)
锂电池发鼓胀气和爆炸原因分析(正 式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 一、锂离子电池特性锂是化学周期表上直径最 小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高，广受消 费者与工程师欢迎。但是，化学特性太活泼，则带来 了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时，会与氧气 产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电 压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂 原子。这些材料的分子结构，形成了奈米等级的细小 储存格子，可用来储存锂原子。这样一来，即使是电 池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了 这些细小的储存格，使得锂原子不会与氧气接触而避
免爆炸。锂离子电池的这种原理，使得人们在获得它高容量密度的同时，也达到安全的目的。锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去，进入负极的储存格，并获得一个电子，还原为锂原子。放电时，整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触而短路，电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸，来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时，自动关闭细孔，让锂离子无法穿越，以自废武功，防止危险发生。保护措施：锂电池电芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属
该电路主要由锂电池保护专用集成电路ＤＷ０１,充、放电控制ＭＯＳＦＥＴ１(内含两只Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ)等部分组成,单体锂电池接在Ｂ＋和Ｂ－之间,电池组从Ｐ＋和Ｐ－输出电压。充电时,充电器输出电压接在Ｐ＋和Ｐ－之间,电流从Ｐ＋到单体电池的Ｂ＋和Ｂ－,再经过充电控制ＭＯＳＦＥＴ到Ｐ－。在充电过程中,当单体电池的电压超过４．３５Ｖ时,专用集成电路ＤＷ０１的ＯＣ脚输出信号使充电控制ＭＯＳＦＥＴ关断,锂电池立即停止充电,从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中,当单体电池的电压降到２．３０Ｖ时,ＤＷ０１的ＯＤ脚输出信号使放电控制ＭＯＳＦＥＴ关断,锂电池立即停止放电,从而防止锂电池因过放电而损坏,ＤＷ０１的ＣＳ脚为电流检测脚,输出短路时,充放电控制ＭＯＳＦＥＴ的导通压降剧增,ＣＳ脚电压迅速升高,ＤＷ０１输出信号使充放电控制ＭＯＳＦＥＴ迅速关断,从而实现过电流或短路保护。 二次锂电池的优势是什么? 1. 高的能量密度 2. 高的工作电压 3. 无记忆效应 4. 循环寿命长 5. 无污染 6. 重量轻 7. 自放电小 锂聚合物电池具有哪些优点? 1. 无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体。 2. 可制成薄型电池:以 3.6V400mAh的容量,其厚度可薄至0.5mm。 3. 电池可设计成多种形状 4. 电池可弯曲变形:高分子电池最大可弯曲900左右 5. 可制成单颗高电压:液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压,高分子电池由于本身无液体,可在单颗内做成多层组合来达到高电压。
7. 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍 IEC规定锂电池标准循环寿命测试为: 电池以0.2C放至3.0V/支后 1. 1C恒流恒压充电到4.2V截止电流20mA搁置1小时再以0.2C放电至3.0V(一个循环) 反复循环500次后容量应在初容量的60%以上 国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为(IEC无相关标准). 电池在25摄氏度条件下以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,在温度为20+_5下储存28天后,再以0.2C放电至2.75V计算放电容量 什么是二次电池的自放电不同类型电池的自放电率是多少？ 自放电又称荷电保持能力,它是指在开路状态下,电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力。一般而言,自放电主要受制造工艺,材料,储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一。一般而言,电池储存温度越低,自放电率也越低,但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用,BYD常规电池要求储存温度范围为-20~45。电池充满电开路搁置一段时间后,一定程度的自放电属于正常现象。IEC标准规定镍镉及镍氢电池充满电后,在温度为20度湿度为65%条件下,开路搁置28天,0.2C放电时间分别大于3小时和3小时15分即为达标。 与其它充电电池系统相比,含液体电解液太阳能电池的自放电率明显要低,在25下大约为10%/月。 什么是电池的内阻怎样测量? 电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值. 交流内阻测试方法为:利用电池等效于一个有源电阻的特点,给电池一个1000HZ,50mA的恒定电流,对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值. 什么是电池的内压电池正常内压一般为多少? 电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力.主要受电池材料制造工艺,结构等使用过程因素影响.一般电池内压均维持在正常水平,在过充或过放情况下,电池内压有可能会升高: 如果复合反应的速度低于分解反应的速度,产生的气体来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高. 什么是内压测试? 锂电池内压测试为:(UL标准) 模拟电池在海拔高度为15240m的高空(低气压11.6kPa)下,检验电池是否漏液或发鼓. 具体步骤:将电池1C充电恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA ,然后将其放在气压为11.6Kpa,温度为(20+_3)的低压箱中储存6小时,电池不会爆炸,起火,裂口,漏液. 环境温度对电池性能有何影响？ 在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大,在电极/电解液界面上的电化学反应与环境温度有关,电极/电解液界面被视为电池的心脏。如果温度下降,电极的反应率也下降,假设电池电压保持恒定,放电电流降低,电池的功率输出也会下降。如果温度上升则相反,即电池输出功率会上升,温度也影响电解液的传送
(经典)锂电池过充电_过放_短路保护电路详解 该电路主要由锂电池保护专用集成电路ＤＷ０１，充、放电控制ＭＯＳＦＥＴ１（内含两只Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ）等部分组成，单体锂电池接在Ｂ＋和Ｂ－之间，电池组从Ｐ＋和Ｐ－输出电压。充电时，充电器输出电压接在Ｐ＋和Ｐ－之间，电流从Ｐ＋到单体电池的Ｂ＋和Ｂ－，再经过充电控制ＭＯＳＦＥＴ到Ｐ－。在充电过程中，当单体电池的电压超过４．３５Ｖ时，专用集成电路ＤＷ０１的ＯＣ脚输出信号使充电控制ＭＯＳＦＥＴ关断，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中，当单体电池的电压降到２．３０Ｖ时，ＤＷ０１的ＯＤ脚输出信号使放电控制ＭＯＳＦＥＴ关断，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放电而损坏，ＤＷ０１的ＣＳ脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制ＭＯＳＦＥＴ的导通压降剧增，ＣＳ脚电压迅速升高，ＤＷ０１输出信号使充放电控制ＭＯＳＦＥＴ迅速关断，从而实现过电流或短路保护。 二次锂电池的优势是什么? 1. 高的能量密度 2. 高的工作电压 3. 无记忆效应 4. 循环寿命长 5. 无污染 6. 重量轻 7. 自放电小 锂聚合物电池具有哪些优点? 1. 无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体。 2. 可制成薄型电池：以 3.6V400mAh的容量，其厚度可薄至0.5mm。 3. 电池可设计成多种形状
4. 电池可弯曲变形：高分子电池最大可弯曲900左右 5. 可制成单颗高电压：液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压，高分子电池由于本身无液体，可在单颗内做成多层组合来达到高电压。 7. 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍 IEC规定锂电池标准循环寿命测试为: 电池以0.2C放至3.0V/支后 1. 1C恒流恒压充电到4.2V截止电流20mA搁置1小时再以0.2C放电至3.0V(一个循环) 反复循环500次后容量应在初容量的60%以上 国家标准规定锂电池的标准荷电保持测试为(IEC无相关标准). 电池在25摄氏度条件下以0.2C放至3.0/支后,以1C恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA,在温度为20+_5下储存28天后,再以0.2C放电至2.75V计算放电容量 什么是二次电池的自放电不同类型电池的自放电率是多少？ 自放电又称荷电保持能力，它是指在开路状态下，电池储存的电量在一定环境条件下的保持能力。一般而言，自放电主要受制造工艺，材料，储存条件的影响自放电是衡量电池性能的主要参数之一。一般而言，电池储存温度越低，自放电率也越低，但也应注意温度过低或过高均有可能造成电池损坏无法使用，BYD 常规电池要求储存温度范围为-20~45。电池充满电开路搁置一段时间后，一定程度的自放电属于正常现象。IEC标准规定镍镉及镍氢电池充满电后，在温度为20度湿度为65%条件下，开路搁置28天，0.2C放电时间分别大于3小时和3小时15分即为达标。 与其它充电电池系统相比，含液体电解液太阳能电池的自放电率明显要低，在25下大约为10%/月。 什么是电池的内阻怎样测量? 电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值. 交流内阻测试方法为:利用电池等效于一个有源电阻的特点,给电池一个1000HZ,50mA的恒定电流,对其电压采样整流滤波等一系列处理从而精确地测量其阻值. 什么是电池的内压电池正常内压一般为多少? 电池的内压是由于充放电过程中产生的气体所形成的压力.主要受电池材料制造工艺,结构等使用过程因素影响.一般电池内压均维持在正常水平,在过充或过放情况下,电池内压有可能会升高: 如果复合反应的速度低于分解反应的速度,产生的气体来不及被消耗掉,就会造成电池内压升高. 什么是内压测试? 锂电池内压测试为:(UL标准) 模拟电池在海拔高度为15240m的高空(低气压11.6kPa)下,检验电池是否漏液或发鼓. 具体步骤:将电池1C充电恒流恒压充电到4.2V,截止电流10mA ,然后将其放在气压为11.6Kpa,温度为(20+_3)的低压箱中储存6小时,电池不会爆炸,起火,裂口,漏液. 环境温度对电池性能有何影响？