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锂电池控制板防潮防电解液腐蚀防起火燃烧纳米涂层材料
发布时间:2017-10-09 08:41:35

近期比较热门的话题是苹果iPhone8 Plus手机电池的频繁爆裂,虽然尚未发生爆炸,即便是锂电池行业允许存在0.001%的不良,但面对苹果一个季度约5000万部手机出货量,这样的事故还是会令消费者心有余悸。


锂电池的爆炸原因

原因一:充电过程中的热失控

锂电池最常见的爆炸原因,是充电过程中的失误。在使用锂电池的电子设备中,往往有相关的软件设定了锂电池应该充的电量,以及充电速度。如果相关的设定发生错误,则将会让电池中的化合物出现不稳定,出现一种研究人员称之为“热失控”的问题,这将会引发燃烧或爆炸。

锂电池温度过高,也会引发爆炸。所以一些智能手机在电池温度过高的时候会主动报警,提示用户进行降温。

锂电池结构

原因二:锂电池控制板电子元器件老化而导致短路

另外一个会引起锂电池爆炸的原因是锂电池控制板电子元器件老化而导致短路的现象中,即控制板故障,控制板主要存在受潮和电解液渗漏腐蚀的风险,如果说电池本身设计防护为一级保护,那控制板保护可以理解为二级保护,并且锂电池控制板的起火或者燃烧将直接影响到整个电池组,后果将不会是单个电池的爆裂,而可能是整个电池组的爆炸和燃烧。

电解液泄漏的风险不得不防,当电池的负电极和铝塑膜的铝层形成电子通路或者铝塑膜的铝层和电解液形成离子通路后,锂离子就会和铝塑膜的铝层发生反应,生成锂铝合金;而锂铝合金是一种粉末状物质,导致铝塑膜洞穿,也就是我们经常看到的铝塑膜内部有些黑点,这些黑点会随着时间以及充放电次数增加而变得越来越明显,当铝塑膜被腐蚀后,水汽通过腐蚀的铝塑膜进入到电池内部和电解液发生反应而产生胀气,电解液也会轻易的渗漏出来。


这些与电池组联系紧密并且控制其充放电的重要部件就是锂电池控制板,一旦电池组控制板受潮或者受到电池电解液的腐蚀,则很容易使控制板的控制功能和电气性能丧失,比如近几年发生的波音787客机锂电池起火事故以及让三星损失50多亿美金的手机电池爆炸事故,均有控制板受到湿气、腐蚀性液体渗漏而导致短路,最终导致燃烧和爆炸的因素,直到后来这几家公司都使用了日本新昭和涂层材料公司的锂电池控制板防护涂层之后才得以解决这个问题,日本新昭和也因为成功解决了锂电池控制板防潮防腐蚀问题而名声大震。目前国内也可以通过新昭和中国独家代理商深圳青山新材料直接采购到新昭和涂层材料。

日本新昭和除了用于电路板、接插件、连接器等电子元件防水防湿防油防污,纤维、皮革、木材、陶瓷、光学镜头防水拨油处理剂等常规产品之外,近几年最有代表性和最有闪光点的产品是用于锂电池控制板(PCB)的绝缘、耐热、防酸碱盐腐蚀涂层材料,这些性能优异的涂层材料在中国均由青山新材料有限公司代理出售。

锂电池是大大小小电子产品中重要的存在,所以也有大大小小各种品质的锂电池生产商,锂电池为电子产品提供电源输出,同时接受电流的输入,也是发热比较严重的部件,近几年锂电池生产工厂爆炸起火,以及使用了超规格和品质不良的锂电池从而引发电子产品爆炸起火,甚至造成人身伤亡的事件屡见不鲜。

锂电池

小型电子产品或许仅需要一个软包电池,而对于更多中大型产品则需要锂电池组,比如现如今的新能源电动汽车、电动自行车、手机、大容易充电宝、便携式电脑、PAD、电动工具等等,使用锂电池组可以带来更强劲的电能和动能输出,而如何使各电池组模块协调工作,并同时保证安全、节能、散热、绝缘、防静电、防腐蚀、耐高低压冲击等性能则需要更强大的锂电池控制板和控制部件来完成。

锂电池组控制系统结构

防止锂电池控制板(保护板)短路起火的表面涂层材料

新昭和的锂电池控制板涂层材料能显著提高控制板的品质和防护性能,可以有效的防止电解液对电路控制板的腐蚀、防冷凝水湿气、防电流电压冲击、耐高湿、防止部件电池模块因起火而导致整个电池组故障或者燃烧。近几年新昭和在氟材料界名声大震主要是公司这一系列产品相继解决了很多行业难题,成为相关因锂电池故障导致事故后该企业同类产品指定用涂层材料。


案例1:世界最大民用飞机厂家波音公司787的锂电池着火问题的解决

事故发生后,全部同一牌号的飞机停飞,飞机公司被要求分三个阶段解决以下问题:

(1)单个锂电池的着火问题

(2)故障发生后如何防止扩散

(3)对飞机整机的影响

产生短路的问题的关键点是结露,最后的解决方案:需要将单个锂电池进行绝缘处理、耐热处理,使到即使其中一个锂电池发生故障也不会影响别的锂电池的运转。

波音787锂电池着火

停在机场着火的飞机


事发飞机上回收的故障锂电池盒子

事故飞机上回收的故障锂电池盒子


波音采用了新昭和锂电池控制板保护涂层材料

波音最终采用了新昭和锂电池控制板保护涂层材料(20%固含)


案例2:韩国三星手机电池着火问题的解决

   这个问题,国内的手机厂家都比较熟悉,具体不再一一叙述。引起爆炸事故的原因其中之一:由于湿度而引起电子元器件和电路板的故障(或者称为“不可控的误动”,导致锂电池不断发热最终导致爆炸)

  解决的方案:红线部分进行绝缘处理。韩国三星手机公司最后采用了新昭和的锂电池控制板保护涂层产品(8%固含)。

三星手机电池爆炸最终解决方案



案例3:日本SONY公司的电子产品,采用了新昭和该系列的涂层产品

(8%固含)。

SONY电子产品采用新昭和涂层


案例4:美国最大的手机产品Apple,采用了我们的该系列产品(8%固含)。

有关这个产品,由于保密理由,我们的业务人员没有进入现场确认,无法提供具体的涂层部位给各个用户参考。


新昭和涂层材料分为多个浓度级别,适用于不同的防护等级需求,是作用于控制板表面的一层保护膜,主要功能是防潮、防盐雾、防电解液腐蚀,可以有效的保护电池控制板。涂覆方式非常简单,采用浸泡的方式,涂层超薄,完全符合ROHS、REACH认证,无异味不燃烧,符合环保要求,固化迅速。

新昭和涂层材料


锂电池控制板做防潮防电解液腐蚀处理的必要性

在实际应用当中,电池组控制板遭遇水气、冷凝水受潮失灵以及电池电解液腐蚀短路的情况非常普遍,一旦发生将使整个电池组面临危险,因此对电池控制板的保护应该引起足够的重视,在防潮和防电解液腐蚀方面可以采用诸如青山新材料代理的新昭和涂层材料进行二次保护,使电池控制板始终保持良好的电气性能。

电池组控制板

对于电池故障,行业内是按十亿分之一级别故障率设计的,但不论过程和工艺如何控制,单一步骤都达不到这么高的安全程度,所以采用的是两级。电池设计本身有一级,电池保护板上有一级。每一级保证十万分之一的故障率是可以实现的,那么两个同时出问题导致电池爆炸就是百亿分之一。

但目前仍然有很多电池生产商并未做电池控制板的防护,这使得电池爆炸的风险和概率大幅增加。有一些电池厂商甚至都未做第一级防护,比如电芯有安全阀,一旦产生气体压力增加到一定程度阀门会切断电路,于是电池就没有电压也不能继续使用了,但是很多国产电芯的阀门并不可靠,试想如果您正在使用的电池电芯工艺和品质并不十分好,再加上电池控制板又并未做防潮防腐蚀的防护,爆炸爆裂的风险自然很高。


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