任加維
(咸陽職業(yè)技術(shù)學院,陜西咸陽,712000)
移動電源廣泛存在于每一個家庭、飯店及重要場所之中。由于其商業(yè)價值巨大,眾多企業(yè)參與其中,有的企業(yè)參與生產(chǎn),有的參與共享移動電源的模式的建設和推廣。在這幾年中,移動電源無論從生產(chǎn)規(guī)模還是推廣速度,都是呈現(xiàn)著極速發(fā)展的之中。但同時也暴露出移動電源安全性的問題,它關(guān)乎著人們的安全和移動電源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
在市場監(jiān)管方面對移動電源特別是大容量移動電源監(jiān)管不到位,導致了一些質(zhì)量存在安全性的移動電源在市場上的存在。例如,在火車站,公共汽車站,長途汽車站等人流密集區(qū),常有一些銷售移動電源的小商小販,他們銷售的移動電源常來自于一些個人小的加工廠,容量標識虛假,質(zhì)量不過關(guān)。這也充分暴露了我國市場監(jiān)管部門監(jiān)管的不到位。
就目前是而言,大部分移動電源主要采用于鋰電池。移動電源往往伴隨著鋰電池的充電和放電過程,由于在充電和放電時,存著是瞬間電壓的變化,壓差將作用在鋰電池上,因此要對鋰電池進行電路保護。鋰電池保護電路PCB板的設計,至少要做到過充,過放過流短路的保護[1]。同時還需要做到溫度過高時保護的控制。很顯然,電流或者電壓短時間增大,容易在狹小的空間內(nèi),積壓大量熱量且無法散出。導致性能出現(xiàn)問題,甚至會導致發(fā)生爆炸的危險。同時,PCB的設計要兼顧充電接口電路的安全保護,鋰電池保護電路的安全和Boost升壓電路板安全保護。
圖1 經(jīng)過PCB板設計后的成品
PCB板是移動電源電子元器件的主要承載體,它的設計的合理性關(guān)于整個設備的安全性。如果PCB板的設計不合理不僅浪費了金錢,安全性更是天方夜譚。
大容量移動電源的安全性包括兩個方面,分別是內(nèi)部因素和外部因素。這兩個因素都對移動電源的安全性有著非常大的影響。
3.1.1 材料的要求方面
(1)正極材料熱穩(wěn)定性及其與電解液的反應活性
根據(jù)材料的特性大部分正極材料放電時要求有良好的熱穩(wěn)定性。充電時表現(xiàn)出熱不穩(wěn)定性[2]。伴隨著與進行電解液接觸和分離,會發(fā)生電解液晶格轉(zhuǎn)變,電解液的氧化從而伴隨著熱量的大量散出。這些都為材料的熱學性能提出了一定的要求,如果熱穩(wěn)定性沒能達到要求,材料使用壽命將大大折扣。
(2)負極材料的安全性
負極材料與電解液接觸,但不能與其發(fā)生化學反應。這就要求負極材料具有很好的化學穩(wěn)定性。如果負極材料與電解液等材料發(fā)生反應,會消耗負極材料和電解液,這樣的消耗一旦產(chǎn)生,如果得到不有效的控制,一個全新的移動電源,將在短時間之內(nèi),性能由好變差,且過程不可逆。同時,這樣的消耗也會產(chǎn)生大量的熱,熱量的聚集直接影響移動電源的安全性。
(3)電解液
電解液存在于正負極之間,要求它具有良好的導電性能,且自身化學性能要穩(wěn)定。如果自身化學性能不穩(wěn)定,例如,鋰電池電解液中含有HF,它有一定的酸性,如與正極材料接觸易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。正極材料的損耗,電池的電阻增加,熱穩(wěn)定性也隨之變差。
(4)隔膜的選擇
移動電源內(nèi)部隔膜的選擇至關(guān)重要,它主要是基于熔點厚度孔間隙等。如果當電芯內(nèi)部的溫度達到隔膜熔點時,空洞將會變成無孔的絕緣層使得電池內(nèi)部的電阻迅速上升,當溫度繼續(xù)升高,隔膜發(fā)生熔化會使得正極和負極之間接通內(nèi)部短路,短時間產(chǎn)生巨大的熱量容易引起爆炸。因此選好隔膜,至關(guān)重要[3]。
3.1.2 制作工藝
制作工藝是生產(chǎn)鋰電池重要的環(huán)節(jié)之一,由于工藝本身步驟動作要求也較高,由于制作工藝的步驟眾多,一旦其中一個或幾個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,勢必影響移動電源生產(chǎn)的安全性。例如,極片毛刺,極粉脫落,這些物質(zhì)會刺穿隔膜,使得內(nèi)部發(fā)生短路。如果電芯極耳過長,容易與極片或者外殼發(fā)生短路,影響穩(wěn)定和安全。在制作過程中如果用料不合適容易造成隔膜被刺破發(fā)生短路事故。因此,在制作時,一定要注意細節(jié),做到事無巨細。
內(nèi)部因素分別從材料的選取和制作工藝方面進行了介紹,這些因素對移動電影安全性影響是最為直接的,因此,在移動電源的制作過程中,要重點關(guān)注。
(1)過充電過放電
產(chǎn)品在設計之初都會進行一些產(chǎn)品參數(shù)的標定和使用方案的界定。對于移動電源而言,一定要避免過充電過放電的情況。因為過充電過放電容易導致正負極材料和電解液釋放出氣體和熱量,氣體和熱量如果沒在短時間內(nèi)散出會則會導致電池鼓脹現(xiàn)象的發(fā)生。
(2)封邊保護
封邊是移動電源制作工藝中非常重要的一個手續(xù)。封邊的主要作用為了防止內(nèi)部器件與外部發(fā)生短路,引起芯片腐蝕或脹氣現(xiàn)象的產(chǎn)生。由于這種現(xiàn)象是不可逆的,一旦發(fā)生,后果將不堪設想。因此在對器件進行封裝保護時,一定要防止以上現(xiàn)象的發(fā)生。
(3)外部短路
由于人為操作失誤,保護線路失效,一旦發(fā)生短路現(xiàn)象,瞬間電流過大使電芯短時間聚集大量熱量。熱量的聚集會使得移動電源內(nèi)部的隔膜受到破壞,使得電池短路甚至發(fā)生爆炸事故。特別是當移動電源內(nèi)部,容量巨大時,短路現(xiàn)象一旦發(fā)生后果不堪設想。
(4)外部溫度過高
當移動電源的外部溫度過高時,可能會影響移動電源金屬外殼發(fā)生形變,正負級材料發(fā)生分解,隔膜融化,電解液分解等,每一種現(xiàn)象的發(fā)生對移動電影的影響都是巨大的。這些現(xiàn)象都容易使得移動電源的電芯發(fā)生短路事故。日常的移動電源的制作和使用,特別是對一些大容量移動電源而言,一定要避免以上現(xiàn)象的發(fā)生。
本文主要介紹了大容量移動電源安全性影響因素。就目前而言,由于人們對手機需求量的不能增加,移動電源的應用也在變得越來越廣泛。同時對電源的容量和安全性需求也越來越高。因此設計者必須在保證移動電源大容量的同時兼顧安全性。相信隨著我國材料技術(shù)和科研技術(shù)的不斷提高,未來大容量電池的設計將會變得更加安全和可靠。