鋰離子電池鋰離子電池鋰離子電池的安全性問題，不僅與池材料本身性質(zhì)有關(guān)，而且與電池制備技術(shù)和使用有關(guān)。手機(jī)電池頻頻發(fā)生爆炸事件，一方面是由于保護(hù)電路失效，但更重要的是在于材料方面并沒有根本的解決問題。

鈷酸鋰正極活性材料在小電芯方面是很成熟的體系，但是充滿電后，仍舊有大量的鋰離子留在正極，當(dāng)過充時(shí)，殘留在正極的鋰離子將會(huì)涌向負(fù)極，在負(fù)極上形成枝晶是采用鈷酸鋰材料的電池過充時(shí)必然的結(jié)果，甚至在正常充放電過程中，也有可能會(huì)有多余的鋰離子游離到負(fù)極形成枝晶，鈷酸鋰材料的理論比能量是超過每克270毫安時(shí)的，但為保證其循環(huán)性能，實(shí)際使用容量只有理論容量的一半。在使用過程中，由于某種原因（如管理系統(tǒng)損壞）而導(dǎo)致電池充電電壓過高，正極中剩余的一部分鋰就會(huì)脫出，經(jīng)電解液到負(fù)極表面以金屬鋰的形式沉積形成枝晶。枝晶刺穿隔膜，形成內(nèi)部短路。

電解液的主要成分為碳酸酯，閃點(diǎn)很低，沸點(diǎn)也較低，在一定條件下會(huì)燃燒甚至爆炸。如電池出現(xiàn)過熱，會(huì)導(dǎo)致電解液中的碳酸酯被氧化和還原，產(chǎn)生大量氣體和更多的熱，如缺少安全閥或者氣體來不及通過安全閥釋放，電池內(nèi)壓便會(huì)急劇上升而引起爆炸。

聚合物電解質(zhì)鋰離子電池并沒有從根本上解決安全性問題，同樣使用鈷酸鋰和有機(jī)電解液，而且電解液為膠狀，不易泄漏，將會(huì)發(fā)生更猛烈的燃燒，燃燒是聚合物電池安全性最大的問題。

在使用方面也存在一些問題，電池發(fā)生外部短路或內(nèi)部短路將產(chǎn)生幾百安培的過大電流。外部短路時(shí)電池瞬間大電流放電，在內(nèi)阻上消耗大量能量，產(chǎn)生巨大熱量。內(nèi)部短路形成大電流，溫度上升導(dǎo)致隔膜熔化，短路面積擴(kuò)大，進(jìn)而形成惡性循環(huán)。

鋰離子電池為達(dá)到單只電芯3～4.2V的高工作電壓，必須采取分解電壓大于2V的有機(jī)電解液，而采用有機(jī)電解液在大電流、高溫的條件下會(huì)被電解，電解產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致內(nèi)部壓力升高，嚴(yán)重會(huì)沖破殼體。

過充可能會(huì)析出金屬鋰，在殼體破裂的情況下，與空氣直接接觸，導(dǎo)致燃燒，同時(shí)引燃電解液，發(fā)生強(qiáng)烈火焰，氣體急速膨脹，發(fā)生爆炸。

另外，對(duì)于手機(jī)鋰離子電池，由于使用不當(dāng)，如擠壓、沖擊和進(jìn)水等導(dǎo)致電池膨脹、變形和開裂等，這些都會(huì)導(dǎo)致電池短路，在放電或充電過程放熱引起爆炸。

鋰離子電池-安全性設(shè)計(jì)

鋰離子電池鋰離子電池為了避免因使用不當(dāng)造成電池過放電或者過充電，在單體鋰離子電池內(nèi)設(shè)有三重保護(hù)機(jī)構(gòu)。一是采用開關(guān)元件，當(dāng)電池內(nèi)的溫度上升時(shí)，它的阻值隨之上升，當(dāng)溫度過高時(shí)，會(huì)自動(dòng)停止供電；二是選擇適當(dāng)?shù)母舭宀牧?，?dāng)溫度上升到一定數(shù)值時(shí)，隔板上的微米級(jí)微孔會(huì)自動(dòng)溶解掉，從而使鋰離子不能通過，電池內(nèi)部反應(yīng)停止；三是設(shè)置安全閥（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(shí)，安全閥自動(dòng)打開，保證電池的使用安全性。

有時(shí)，電池本身雖然有安全控制措施，但是因?yàn)槟承┰蛟斐煽刂剖ъ`，缺少安全閥或者氣體來不及通過安全閥釋放，電池內(nèi)壓便會(huì)急劇上升而引起爆炸。

一般情況下，鋰離子電池儲(chǔ)存的總能量和其安全性是成反比的，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(duì)于手機(jī)用鋰離子電池，基本要求是發(fā)生安全事故的概率要小于百萬分之一，這也是社會(huì)公眾所能接受的最低標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)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(qiáng)制散熱尤為重要。

選擇更安全的電極材料，選擇錳酸鋰材料，在分子結(jié)構(gòu)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(fù)極炭孔中，從根本上避免了枝晶的產(chǎn)生。同時(shí)錳酸鋰穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)，使其氧化性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)，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(xiǎn)。

另外，采用錳酸鋰材料還可以大幅度降低成本。

提高現(xiàn)有安全控制技術(shù)的性能，首先要提高鋰離子電池芯的安全性能，這對(duì)大容量電池尤為重要。選擇熱關(guān)閉性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔離電池正負(fù)極的同時(shí)，允許鋰離子的通過。當(dāng)溫度升高時(shí)，在隔膜熔化前進(jìn)行關(guān)閉，從而使內(nèi)阻上升至2000歐姆，讓內(nèi)部反應(yīng)停止下來。

當(dāng)內(nèi)部壓力或溫度達(dá)到預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，防爆閥將打開，開始進(jìn)行卸壓，以防止內(nèi)部氣體積累過多，發(fā)生形變，最終導(dǎo)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(gè)參數(shù)的聯(lián)合控制（這對(duì)于大容量電池尤為重要）。對(duì)于大容量鋰離子電池組是串/并聯(lián)的多個(gè)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(gè)單電池串聯(lián)就可以滿足電壓要求，然后再將2～3個(gè)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(shè)置較為完善的保護(hù)功能，還應(yīng)考慮兩種電路基板模塊:保護(hù)電路基板（ProtectionBoardPCB）模塊及SmartBatteryGaugeBoard模塊。整套的電池保護(hù)設(shè)計(jì)包括：第1級(jí)保護(hù)IC（防止電池過充、過放、短路），第2級(jí)保護(hù)IC（防止第2次過壓）、保險(xiǎn)絲、LED指示、溫度調(diào)節(jié)等部件。

在多級(jí)保護(hù)機(jī)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(zhuǎn)為自動(dòng)保護(hù)狀態(tài)，如果情況不嚴(yán)重,往往在重新插拔后還能正常工作，不會(huì)發(fā)生爆炸。

目前，筆記本電腦和手機(jī)使用的鋰離子電池所采用的底層技術(shù)是不安全的，需要考慮更安全的結(jié)構(gòu)。

總之，隨著材料技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)鋰離子電池設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)和使用諸方面要求的認(rèn)識(shí)不斷加深，未來的鋰離子電池會(huì)變得更安全。

鋰離子電池-種類

鋰離子電池鋰離子電池的充電器不可充電的鋰電池有多種，目前常用的有鋰－二氧化錳電池、鋰—亞硫酰氯電池及鋰和其它化合物電池。

1鋰－二氧化錳電池(LiMnO2)

鋰－二氧化錳電池是一種以鋰為陽極、以二氧化錳為陰極，并采用有機(jī)電解液的一次性電池。該電池的主要特點(diǎn)是電池電壓高，額定電壓為3V(是一般堿性電池的2倍)；終止放電電壓為2V；比能量大(見上面舉的例子)；放電電壓穩(wěn)定可靠；有較好的儲(chǔ)存性能(儲(chǔ)存時(shí)間3年以上)、自放電率低(年自放電率≤2％)；工作溫度范圍－20℃～＋60℃。

該電池可以做成不同的外形以滿足不同要求，它有長方形、圓柱形及紐扣形(扣式)。

可充電鋰離子電池

可充電鋰離子電池是目前手機(jī)中應(yīng)用最廣泛的電池，但它較為“嬌氣”，在使用中不可過充、過放(會(huì)損壞電池或使之報(bào)廢)。因此，在電池上有保護(hù)元器件或保護(hù)電路以防止昂貴的電池?fù)p壞。鋰離子電池充電要求很高，要保證終止電壓精度在1%之內(nèi)，目前各大半導(dǎo)體器件廠已開發(fā)出多種鋰離子電池充電的IC，以保證安全、可靠、快速地充電。

現(xiàn)在手機(jī)已十分普遍，手機(jī)中一部分是鎳氫電池，但靈巧型的手機(jī)則是鋰離子電池。正確地使用鋰離子電池對(duì)延長電池壽命是十分重要的。鋰離子電池是目前應(yīng)用最為廣泛的鋰電池，它根據(jù)不同的電子產(chǎn)品的要求可以做成扁平長方形、圓柱形、長方形及扣式，并且有由幾個(gè)電池串聯(lián)在一起組成的電池組。鋰離子電池的額定電壓為3.6V(有的產(chǎn)品為3.7V)。充滿電時(shí)的終止充電電壓與電池陽極材料有關(guān)：陽極材料為石墨的4.2V；陽極材料為焦炭的4.1V。不同陽極材料的內(nèi)阻也不同，焦炭陽極的內(nèi)阻略大，其放電曲線也略有差別，如圖1所示。一般稱為4.1V鋰離子電池及4.2V鋰離子電池?，F(xiàn)在使用的大部分是4.2V的，鋰離子電池的終止放電電壓為2.5V～2.75V(電池廠給出工作電壓范圍或給出終止放電電壓，各參數(shù)略有不同)。低于終止放電電壓繼續(xù)放電稱為過放，過放對(duì)電池會(huì)有損害。

鋰離子電池不適合用作大電流放電，過大電流放電時(shí)會(huì)降低放電時(shí)間(內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生較高的溫度而損耗能量)。因此電池生產(chǎn)工廠給出最大放電電流，在使用中應(yīng)小于最大放電電流。鋰離子電池對(duì)溫度有一定要求，工廠給出了充電溫度范圍、放電溫度范圍及保存溫度范圍。鋰離子電池對(duì)充電的要求是很高的，它要求精密的充電電路以保證充電的安全。終止充電電壓精度允差為額定值的±1%(例如:充4.2V的鋰離子電池，其允差為±0.042V)，過壓充電會(huì)造成鋰離子電池永久性損壞。鋰離子電池充電電流應(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠的建議，并要求有限流電路以免發(fā)生過流(過熱)。一般常用的充電率為0.25C～1C（C是電池的容量，如C=800mAh，1C充電率即充電電流為800mA）。在大電流充電時(shí)往往要檢測(cè)電池溫度，以防止過熱損壞電池或產(chǎn)生爆炸。

鋰離子電池充電分為兩個(gè)階段：先恒流充電，到接近終止電壓時(shí)改為恒壓充電，其充電特性。這是一種800mAh容量的電池，其終止充電電壓為4.2V。電池以800mA(充電率為1C)恒流充電，開始時(shí)電池電壓以較大的斜率升壓，當(dāng)電池電壓接近4.2V時(shí)，改成4.2V恒壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1/10C(約80mA)時(shí)，認(rèn)為接近充滿，可以終止充電(有的充電器到1/10C后啟動(dòng)定時(shí)器，過一定時(shí)間后結(jié)束充電)。鋰離子電池在充電或放電過程中若發(fā)生過充、過放或過流時(shí)，會(huì)造成電池的損壞或降低使用壽命。

鋰離子電池-優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

鋰離子電池（Li-ion，LithiumIonBattery）：鋰離子電池具有重量輕、容量大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了普遍應(yīng)用——現(xiàn)在的許多數(shù)碼設(shè)備都采用了鋰離子電池作電源，盡管其價(jià)格相對(duì)來說比較昂貴。鋰離子電池的能量密度很高，它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5~2倍，而且具有很低的自放電率。此外，鋰離子電池幾乎沒有“記憶效應(yīng)”以及不含有毒物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)也是它廣泛應(yīng)用的重要原因。

另外請(qǐng)注意鋰電池外部一般標(biāo)有英文7.2Vlithiumionbattery（鋰電池）或7.2Vlithiumsecondarybattery（鋰二次電池）、7.2Vlithiumionrechargeablebattery（充電鋰電池），所以用戶在購買電池時(shí)一定要看清電池塊外表的標(biāo)志，防止因?yàn)闆]有看清電池類型而將鎘鎳、氫鎳電池誤認(rèn)為鋰電池。

無記憶效應(yīng)大大方便了手機(jī)用戶，用戶不必在每次充電時(shí)都先放電再充電，而可以隨心所欲的隨時(shí)對(duì)手機(jī)充電。

缺點(diǎn)

鋰電池的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，所以目前尚不能普遍應(yīng)用，主要應(yīng)用于掌上計(jì)算機(jī)、PDA、通信設(shè)備、照相機(jī)、衛(wèi)星、特種、特種、儀器等。隨著技術(shù)的發(fā)展、工藝的改進(jìn)及生產(chǎn)量的增加，鋰電池的價(jià)格將會(huì)不斷地下降，應(yīng)用上也會(huì)更普遍。