殷久山　呂　巖　張要軍

（中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司，河南　洛陽(yáng)　471000）

?

鋰離子動(dòng)力電池泄壓閥設(shè)計(jì)及測(cè)試

殷久山呂巖張要軍

（中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司，河南洛陽(yáng)471000）

摘要：鋰離子電池在使用時(shí)，電池內(nèi)部難免會(huì)產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力增大，其后果使電池殼體鼓脹、漏液甚至爆炸等嚴(yán)重問(wèn)題。所以，電池內(nèi)部一旦產(chǎn)生氣體就必須立刻排出。因此，鋰離子電池在制造過(guò)程中均需要安裝泄壓閥以排出內(nèi)部過(guò)高的壓力?；诖?，通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)安全閥進(jìn)行一系列的測(cè)試，分析對(duì)比出具有微孔片和橡膠帽密封結(jié)構(gòu)的安全閥性能更加可靠。

關(guān)鍵詞：鋰離子動(dòng)力電池；安全性；安全閥

鋰離子電池在使用時(shí)如果出現(xiàn)短路、過(guò)充時(shí)容易在電池內(nèi)部出現(xiàn)大量熱量積聚，從而造成電池內(nèi)部壓力升高發(fā)生爆炸，因此鋰離子電池在制造過(guò)程中均需要安裝泄壓閥以排出內(nèi)部過(guò)高的壓力。

鋰電池安全閥是一種單向閥，只允許電池里的多余氣體排出，不允許電池外面氣體進(jìn)入。且電池在短路、針刺、過(guò)充等情況時(shí)安全閥能夠及時(shí)泄壓，保證電池不發(fā)生爆炸［1］。

1　氣體產(chǎn)生的機(jī)理

①電池在化成時(shí)產(chǎn)生氣體的主要原因是電解液和電極表面在初次放電時(shí)形成了SEI層，電解液溶劑體系發(fā)生了分解，產(chǎn)生烴類(lèi)氣體。

②電池在儲(chǔ)存階段產(chǎn)生氣體是：①化成首圈形成的SEI層被破壞，為了修復(fù)SEI層，之后又釋放出氣體，主要以烴類(lèi)氣體為主；②由于電池密封性能不好，外界的水分及空氣的滲入，導(dǎo)致氣體中CO2，O2及N2等的百分含量相對(duì)于化成時(shí)大大增加。

2　安全閥的設(shè)計(jì)

2.1橡膠帽、微孔濾液片式安全閥

這種閥采用橡膠帽密封，控制開(kāi)閉壓，微孔濾液片進(jìn)行氣液分離，能夠確保安全閥在排氣時(shí)帶出電解液。電池正常工作時(shí)，安全閥處于關(guān)閉密封狀態(tài)，如電池內(nèi)部壓力大于設(shè)定值時(shí)，安全閥將立即開(kāi)啟泄壓，電池內(nèi)部壓力小于設(shè)定值時(shí)安全閥將關(guān)閉密封；電池在非正常工作時(shí)，如電池遭到擠壓、穿透等異常情況造成電池短路時(shí)，電池內(nèi)部壓力急劇增加，安全閥閥芯結(jié)構(gòu)瞬間彈出，迅速釋放壓力，避免電池爆炸［2］。

2.2金屬?gòu)椈墒桨踩y

這種金屬?gòu)椈墒脚艢忾y適用于與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓有一定壓差環(huán)境下的電池，密封片金屬片上注塑橡膠材料，密封片壓住閥口進(jìn)行密封，在排氣時(shí)易把氣霧帶出。其工作原理是利用壓簧受壓力變化來(lái)調(diào)整排氣的通斷，用以控制電池內(nèi)的氣體壓力［3］。

3　兩種安全閥性能對(duì)比測(cè)試

對(duì)兩種安全閥進(jìn)行開(kāi)閉壓測(cè)試、通氣流量測(cè)試、吸氣性測(cè)試、開(kāi)閉閥壽命測(cè)試、耐高低溫性能測(cè)試和耐酸性能測(cè)試。測(cè)試中將橡膠帽、微孔濾液片式安全閥設(shè)為“1號(hào)閥”，金屬?gòu)椈墒桨踩y設(shè)為“2號(hào)閥”。

3.1開(kāi)閉閥壓力測(cè)試

3.1.1開(kāi)閥壓力測(cè)試方法。將測(cè)試樣品裝入測(cè)試裝置并浸入水中（水溫20℃），液面至安全閥頂部的距離不超過(guò)5cm。打開(kāi)送氣開(kāi)關(guān)，要求送氣壓力每秒上升2.5kPa以下，閥門(mén)第一次開(kāi)啟（開(kāi)始冒氣泡）后，排空腔內(nèi)氣體。間隔2min后再重新送氣，當(dāng)?shù)诙伍_(kāi)啟（開(kāi)始冒氣泡），此時(shí)壓力表讀數(shù)即為安全閥開(kāi)閥壓力。

3.1.2閉閥壓力測(cè)試方法。測(cè)完第二次開(kāi)閥壓力后停止送氣，讓安全閥自主將氣體排出，直到停止排氣（停止排氣的判定，持續(xù)1min不冒氣泡）時(shí)，此時(shí)壓力表讀數(shù)即為安全閥閉閥壓力。

3.1.3測(cè)試結(jié)果。1號(hào)閥設(shè)計(jì)開(kāi)閉壓力25～35kPa（見(jiàn)表1），2號(hào)閥設(shè)計(jì)開(kāi)啟壓力位60±20kPa（見(jiàn)表2）。

由以上兩組數(shù)據(jù)可看出，1號(hào)閥開(kāi)閉壓力比較均勻一致，而2號(hào)閥開(kāi)啟壓力精度較差，并且關(guān)閉壓力很小，說(shuō)明其氣密性較差，存在進(jìn)氣導(dǎo)致電池鼓脹等危險(xiǎn)。

表1　1號(hào)閥設(shè)計(jì)開(kāi)閉壓力

表2　2號(hào)閥設(shè)計(jì)開(kāi)啟壓力

3.2通氣流量測(cè)試

開(kāi)閥壓力測(cè)試方法，常溫情況下按圖示檢測(cè)安全閥開(kāi)閥時(shí)的通氣流量；電池內(nèi)部氣壓達(dá)到安全閥開(kāi)啟壓力時(shí)，測(cè)試安全閥的通氣量。通氣量越大，證明泄壓能力越強(qiáng)。1號(hào)閥的通氣量情況見(jiàn)表3，2號(hào)閥的通氣量情況見(jiàn)表4。

表3　1號(hào)閥的通氣量

表4　2號(hào)閥的通氣量

從表3和表4中的數(shù)據(jù)可以看出，開(kāi)啟壓力越大其通氣流量越小。而2號(hào)安全閥的通氣量隨壓力的增大變化很小，在100kPa壓力下通氣量較小，而且通氣量一致性較差，說(shuō)明在正常情況下現(xiàn)有安全的排氣能力較差。而1號(hào)安全閥排氣能力強(qiáng)、一致性高。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比測(cè)試，具有微孔片和橡膠帽密封結(jié)構(gòu)的安全閥性能更加可靠，其開(kāi)閉壓力控制精度高，通氣量大；而傳統(tǒng)的安全閥則存在開(kāi)閉壓控制精度較差、通氣量小的弊端，易導(dǎo)致外部氣體進(jìn)入電池內(nèi)部從而引起電池鼓掌，漏液等風(fēng)險(xiǎn)［4］。由此可見(jiàn)，具有微孔片和橡膠帽密封結(jié)構(gòu)的安全閥是鋰離子動(dòng)力電池泄壓閥的理想選擇。

參考文獻(xiàn)：

［1］馮祥明，鄭金云，李榮富，等.鋰離子電池過(guò)充短路添加劑研究［J］.電源技術(shù)，2008（9）：603-605.

［2］許寶忠，劉鐵根，王萌，等.鋰離子電池安全閥激光掃描焊接［J］.電源技術(shù)，2010，34（8）：812-814.

［3］陳益奎，張世杰，史鵬飛，等.聚合物鋰離子蓄電池化成氣體自動(dòng)消失現(xiàn)象［J］.電源技術(shù)，2006，30（12）：964-967.

［4］黃麗，金明鋼，蔡惠群，等.聚合物鋰離子電池不同化成電壓下產(chǎn)生氣體的研究［J］.電化學(xué)，2003，9（4）：387-392.

中圖分類(lèi)號(hào)：TM912

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-5168（2016）01-0090-02

收稿日期：2015-12-18

作者簡(jiǎn)介：殷久山（1986-），男，本科，初級(jí)工程師，鋰電池研發(fā)工程師，研究方向：鋰電池研發(fā)。

The Design and Test of Decompression Valve of the Li-lion Power Battery

Yin JiushanLv YanZhang Yaojun
（Air Lithium(Luoyang)Co.Ltd.,Luoyang Henan 471000）

Abstract:With using Li-lion battery,the gas was inevitable,which leads the inner pressure of battery to magnify, and then the battery shell expansion,liquid leak even explode and so on.So the gas from the inner must be vent as soon as possible.In the manufacturing Li-lion battery,the decompression valve must be installed in order to release the inner excess pressure.A series of testing Valve of different structures was studied,the valve with the sealing struc?ture of micropore and rubber cap is more reliable.

Keywords:Li-lion power battery；safety；safety valve