锂电池是一种使用锂金属或锂合金作为正/负极材料,并采用非水电解质溶液的电池。通常,锂电池由两部分组成:锂电芯和控制点点taptap安卓。锂电芯是储存电能的载体,而控制点点taptap安卓则是充放电等操作锂电池的关键组件。如果锂电池没有控制点点taptap安卓,只有电芯本身,那么在充放电过程中无法控制电流和电压,可能导致瞬间烧毁甚至爆炸。因此,控制点点taptap安卓是安全使用
锂电池所必需的。当然,某些电器设备自带点点taptap安卓,可以直接使用锂电芯供电,例如一些搭载保护点点taptap安卓的强光手电筒,它们使用18650电池(一种锂电芯)。
锂电芯内部的隔膜是一种多孔的聚烯烃膜,具有电子绝缘性,确保了正极和负极之间的机械隔离,防止短路发生,同时由于隔膜具有一定的孔隙率和透气率,离子可以自由通过。
正常隔膜的结构如上图所示,孔的大小和分布应该是均匀的。在组装电芯的过程中,可能会出现以下情况:
a、隔膜可能错位,导致正负极短路;
b、由于各种原因,隔膜可能被撕裂或刺穿成大孔,导致正负极短路;
c、隔膜虽然被撕裂或刺穿成大孔,但正负极之间并没有真正发生短路;
d、隔膜被导电颗粒或正负极尖刺刺入,但没有完全穿透,正负极仍处于绝缘状态;
e、电芯内混有导电颗粒,但这些导电颗粒并没有刺入隔膜,而是刺入了正极或负极中。
对于已经发生短路的情况(a、b),可以使用常规设备进行检测。然而,对于所谓的“微短路”情况(c、d),则更为复杂,需要进一步讨论。目前来看,在当前的电测试方法下,对于情况e无法进行有效检测。
针对情况a~e,电测方案通常采用直流高电压作为激励源,以识别隔膜中是否存在孔洞或穿刺,监测过程中的仪器也不例外。通过检测波形参数,在微秒级采样速度下收集激励电压,并以波形形式显示出来,即使在激励期间发生瞬时击穿放电,也能清晰地捕捉到。
在较低温度和较短时间内施加电压时,纯净、均匀的固体电介质会从绝缘状态突变为良好导电状态,这个过程称为本征击穿,它表征了某种绝缘材料在强电场下的耐电性能。
对于优质的聚烯烃膜而言,它们具有自身的本征击穿电压,其值取决于结构,通常在数百伏至数千伏之间。一旦发生本征击穿,绝缘性能将无法恢复。
电离击穿是指气体介质在电场作用下发生碰撞电离,导致电极之间出现贯穿放电的现象。气体介质的击穿有时是连续的,有时是间断的,这取决于多种因素,包括作用电压、电极形状、气体性质和状态等。符合帕邢定律的关系(p为气压,d为距离)。
一般而言,在大气压下,要击穿1毫米的空气,大约需要3千伏的电场强度。电离击穿后是可恢复的,即在电场撤去后,两极之间仍然保持绝缘状态。
案例1:某电芯的隔膜厚度约为35um,在膜上存在一个穿孔,但正负极之间并没有真正短路。根据试验结果,正常隔膜的本征击穿电压在600~800V之间。现需要确定激励电压并分析测试结果。
解决方案:激励电压的设定原则是,在不发生隔膜本征击穿的情况下,尽量提高激励电压,以便发现隔膜存在的各种潜在问题。最大设定值应小于本征击穿电压值的50%。在本案例中,将激励电压设定为300V。根据隔膜厚度估算,在压紧状态下,正负极之间的间距应小于100um。而在300V的激励电压下,空气会发生电离击穿。因此,所设定的激励电压符合测试目的。
测试过程:使用RJ69仪器输出300V的直流电压,首先对待测的容性电芯进行充电,当电压达到300V时保持不变。在充电过程和保持期间,由于隔膜存在穿孔,穿孔处承受了外加电压建立的高场强和内部空间电荷的场强。内外场强的叠加导致穿孔处的场强发生严重畸变,这使得穿孔处的场强远大于原始外加场强。因此,在电极之间持续注入电荷的情况下,穿孔处的气体分子被激发碰撞电离,产生电子崩溃,最终导致断续或持续的电离击穿现象。
与此同时,RJ69监测到的电压波形会显示瞬时的电压跌落或持续的电压跌落,从而反映出击穿现象。绝缘测试仪器则通过检测漏电流的突然增加来体现。在某些情况下,RJ69的测试结果与绝缘电阻测试的漏电流(绝缘电阻)可能略有不同。以下图表为例进行说明:
示意图
上图显示了一个静电容量约为30nF的电芯,电压跌落值为32V。因此,电离击穿放电时,正负极之间的电荷中和量q = CδU = 30nF32V = 960nC。假设跌落电压恢复到设定值所需的时间δt为3ms,则在该时间段内的平均电流I = 960nC / 3ms = 320uA。
进一步地,绝缘电阻测试仪器的数值结果刷新周期通常在百毫秒级别,例如200ms。因此,上述计算得到的320uA需要放置在200ms的周期内进行平均。这就是波形显示和数值显示之间的差异。
案例2:某电芯的隔膜厚度约为35um,被导电颗粒或正负极尖刺刺入约20um,但并没有完全穿透,正负极仍然处于绝缘状态。在激励电压为350V的情况下,我们需要了解隔膜受损的机制是如何发生的。
解答:与前述案例1类似,正常隔膜的本征击穿电压值在600~800V之间。尖刺和对应极片之间的剩余隔膜厚度仅为15um,其本征击穿电压降低至最低257V。如果在对应极片和隔膜之间存在一定的空间间隙,整体的击穿电压将是气体和隔膜两者之和。在350V的激励电压下,剩余的15um隔膜将会发生本征击穿。通常情况下,这种击穿是不可恢复的,并且在进一步测试时会发现正负极完全短路。如果极片和隔膜之间具有一定的空气间隙,那么即使施加很低的电压也会发生电离击穿现象。
此案例也可用于解释隔膜不均匀的击穿现象,即如果隔膜本身的厚度不均匀,最薄处为15um,那么相关分析结果与上述情况相似(基本等同于规格中的穿刺强度)。
案例3:在电芯中混入了导电颗粒,但这些颗粒嵌入到正极板和负极板中。我们是否可以通过应用高压击穿方案来检测出这种情况?
解答:由于导电颗粒已成为正极片或负极片的一部分,在这种情况下,应用高压击穿方案进行检测时,将被识别为绝缘良好的合格品。
关键词:罗姆电池管理