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鋰電池控制板防潮防電解液腐蝕防起火燃燒納米涂層材料
發布時間:2017-10-09 08:41:35

近期比較熱門的話題是蘋果iPhone8 Plus手機電池的頻繁爆裂,雖然尚未發生爆炸,即便是鋰電池行業允許存在0.001%的不良,但面對蘋果一個季度約5000萬部手機出貨量,這樣的事故還是會令消費者心有余悸。


鋰電池的爆炸原因

原因一:充電過程中的熱失控

鋰電池最常見的爆炸原因,是充電過程中的失誤。在使用鋰電池的電子設備中,往往有相關的軟件設定了鋰電池應該充的電量,以及充電速度。如果相關的設定發生錯誤,則將會讓電池中的化合物出現不穩定,出現一種研究人員稱之為“熱失控”的問題,這將會引發燃燒或爆炸。

鋰電池溫度過高,也會引發爆炸。所以一些智能手機在電池溫度過高的時候會主動報警,提示用戶進行降溫。

鋰電池結構

原因二:鋰電池控制板電子元器件老化而導致短路

另外一個會引起鋰電池爆炸的原因是鋰電池控制板電子元器件老化而導致短路的現象中,即控制板故障,控制板主要存在受潮和電解液滲漏腐蝕的風險,如果說電池本身設計防護為一級保護,那控制板保護可以理解為二級保護,并且鋰電池控制板的起火或者燃燒將直接影響到整個電池組,后果將不會是單個電池的爆裂,而可能是整個電池組的爆炸和燃燒。

電解液泄漏的風險不得不防,當電池的負電極和鋁塑膜的鋁層形成電子通路或者鋁塑膜的鋁層和電解液形成離子通路后,鋰離子就會和鋁塑膜的鋁層發生反應,生成鋰鋁合金;而鋰鋁合金是一種粉末狀物質,導致鋁塑膜洞穿,也就是我們經??吹降匿X塑膜內部有些黑點,這些黑點會隨著時間以及充放電次數增加而變得越來越明顯,當鋁塑膜被腐蝕后,水汽通過腐蝕的鋁塑膜進入到電池內部和電解液發生反應而產生脹氣,電解液也會輕易的滲漏出來。


這些與電池組聯系緊密并且控制其充放電的重要部件就是鋰電池控制板,一旦電池組控制板受潮或者受到電池電解液的腐蝕,則很容易使控制板的控制功能和電氣性能喪失,比如近幾年發生的波音787客機鋰電池起火事故以及讓三星損失50多億美金的手機電池爆炸事故,均有控制板受到濕氣、腐蝕性液體滲漏而導致短路,最終導致燃燒和爆炸的因素,直到后來這幾家公司都使用了日本新昭和涂層材料公司的鋰電池控制板防護涂層之后才得以解決這個問題,日本新昭和也因為成功解決了鋰電池控制板防潮防腐蝕問題而名聲大震。目前國內也可以通過新昭和中國獨家代理商深圳青山新材料直接采購到新昭和涂層材料。

日本新昭和除了用于電路板、接插件、連接器等電子元件防水防濕防油防污,纖維、皮革、木材、陶瓷、光學鏡頭防水撥油處理劑等常規產品之外,近幾年最有代表性和最有閃光點的產品是用于鋰電池控制板(PCB)的絕緣、耐熱、防酸堿鹽腐蝕涂層材料,這些性能優異的涂層材料在中國均由青山新材料有限公司代理出售。

鋰電池是大大小小電子產品中重要的存在,所以也有大大小小各種品質的鋰電池生產商,鋰電池為電子產品提供電源輸出,同時接受電流的輸入,也是發熱比較嚴重的部件,近幾年鋰電池生產工廠爆炸起火,以及使用了超規格和品質不良的鋰電池從而引發電子產品爆炸起火,甚至造成人身傷亡的事件屢見不鮮。

鋰電池

小型電子產品或許僅需要一個軟包電池,而對于更多中大型產品則需要鋰電池組,比如現如今的新能源電動汽車、電動自行車、手機、大容易充電寶、便攜式電腦、PAD、電動工具等等,使用鋰電池組可以帶來更強勁的電能和動能輸出,而如何使各電池組模塊協調工作,并同時保證安全、節能、散熱、絕緣、防靜電、防腐蝕、耐高低壓沖擊等性能則需要更強大的鋰電池控制板和控制部件來完成。

鋰電池組控制系統結構

防止鋰電池控制板(保護板)短路起火的表面涂層材料

新昭和的鋰電池控制板涂層材料能顯著提高控制板的品質和防護性能,可以有效的防止電解液對電路控制板的腐蝕、防冷凝水濕氣、防電流電壓沖擊、耐高濕、防止部件電池模塊因起火而導致整個電池組故障或者燃燒。近幾年新昭和在氟材料界名聲大震主要是公司這一系列產品相繼解決了很多行業難題,成為相關因鋰電池故障導致事故后該企業同類產品指定用涂層材料。


案例1:世界最大民用飛機廠家波音公司787的鋰電池著火問題的解決

事故發生后,全部同一牌號的飛機停飛,飛機公司被要求分三個階段解決以下問題:

(1)單個鋰電池的著火問題

(2)故障發生后如何防止擴散

(3)對飛機整機的影響

產生短路的問題的關鍵點是結露,最后的解決方案:需要將單個鋰電池進行絕緣處理、耐熱處理,使到即使其中一個鋰電池發生故障也不會影響別的鋰電池的運轉。

波音787鋰電池著火

停在機場著火的飛機


事發飛機上回收的故障鋰電池盒子

事故飛機上回收的故障鋰電池盒子


波音采用了新昭和鋰電池控制板保護涂層材料

波音最終采用了新昭和鋰電池控制板保護涂層材料(20%固含)


案例2:韓國三星手機電池著火問題的解決

   這個問題,國內的手機廠家都比較熟悉,具體不再一一敘述。引起爆炸事故的原因其中之一:由于濕度而引起電子元器件和電路板的故障(或者稱為“不可控的誤動”,導致鋰電池不斷發熱最終導致爆炸)

  解決的方案:紅線部分進行絕緣處理。韓國三星手機公司最后采用了新昭和的鋰電池控制板保護涂層產品(8%固含)。

三星手機電池爆炸最終解決方案



案例3:日本SONY公司的電子產品,采用了新昭和該系列的涂層產品

(8%固含)。

SONY電子產品采用新昭和涂層


案例4:美國最大的手機產品Apple,采用了我們的該系列產品(8%固含)。

有關這個產品,由于保密理由,我們的業務人員沒有進入現場確認,無法提供具體的涂層部位給各個用戶參考。


新昭和涂層材料分為多個濃度級別,適用于不同的防護等級需求,是作用于控制板表面的一層保護膜,主要功能是防潮、防鹽霧、防電解液腐蝕,可以有效的保護電池控制板。涂覆方式非常簡單,采用浸泡的方式,涂層超薄,完全符合ROHS、REACH認證,無異味不燃燒,符合環保要求,固化迅速。

新昭和涂層材料


鋰電池控制板做防潮防電解液腐蝕處理的必要性

在實際應用當中,電池組控制板遭遇水氣、冷凝水受潮失靈以及電池電解液腐蝕短路的情況非常普遍,一旦發生將使整個電池組面臨危險,因此對電池控制板的保護應該引起足夠的重視,在防潮和防電解液腐蝕方面可以采用諸如青山新材料代理的新昭和涂層材料進行二次保護,使電池控制板始終保持良好的電氣性能。

電池組控制板

對于電池故障,行業內是按十億分之一級別故障率設計的,但不論過程和工藝如何控制,單一步驟都達不到這么高的安全程度,所以采用的是兩級。電池設計本身有一級,電池保護板上有一級。每一級保證十萬分之一的故障率是可以實現的,那么兩個同時出問題導致電池爆炸就是百億分之一。

但目前仍然有很多電池生產商并未做電池控制板的防護,這使得電池爆炸的風險和概率大幅增加。有一些電池廠商甚至都未做第一級防護,比如電芯有安全閥,一旦產生氣體壓力增加到一定程度閥門會切斷電路,于是電池就沒有電壓也不能繼續使用了,但是很多國產電芯的閥門并不可靠,試想如果您正在使用的電池電芯工藝和品質并不十分好,再加上電池控制板又并未做防潮防腐蝕的防護,爆炸爆裂的風險自然很高。


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