對(duì)大容量移動(dòng)電源安全性影響因素的幾點(diǎn)探討

任加維

（咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽(yáng)，712000）

0 前沿

移動(dòng)電源廣泛存在于每一個(gè)家庭、飯店及重要場(chǎng)所之中。由于其商業(yè)價(jià)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(dòng)電源的模式的建設(shè)和推廣。在這幾年中，移動(dòng)電源無(wú)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(shí)也暴露出移動(dòng)電源安全性的問(wèn)題，它關(guān)乎著人們的安全和移動(dòng)電源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

1 市場(chǎng)監(jiān)管不到位

在市場(chǎng)監(jiān)管方面對(duì)移動(dòng)電源特別是大容量移動(dòng)電源監(jiān)管不到位，導(dǎo)致了一些質(zhì)量存在安全性的移動(dòng)電源在市場(chǎng)上的存在。例如，在火車(chē)站，公共汽車(chē)站，長(zhǎng)途汽車(chē)站等人流密集區(qū)，常有一些銷(xiāo)售移動(dòng)電源的小商小販，他們銷(xiāo)售的移動(dòng)電源常來(lái)自于一些個(gè)人小的加工廠，容量標(biāo)識(shí)虛假，質(zhì)量不過(guò)關(guān)。這也充分暴露了我國(guó)市場(chǎng)監(jiān)管部門(mén)監(jiān)管的不到位。

2 PCB板設(shè)計(jì)是否合理

就目前是而言，大部分移動(dòng)電源主要采用于鋰電池。移動(dòng)電源往往伴隨著鋰電池的充電和放電過(guò)程，由于在充電和放電時(shí)，存著是瞬間電壓的變化，壓差將作用在鋰電池上，因此要對(duì)鋰電池進(jìn)行電路保護(hù)。鋰電池保護(hù)電路PCB板的設(shè)計(jì)，至少要做到過(guò)充，過(guò)放過(guò)流短路的保護(hù)[1]。同時(shí)還需要做到溫度過(guò)高時(shí)保護(hù)的控制。很顯然，電流或者電壓短時(shí)間增大，容易在狹小的空間內(nèi)，積壓大量熱量且無(wú)法散出。導(dǎo)致性能出現(xiàn)問(wèn)題，甚至?xí)?dǎo)致發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。同時(shí)，PCB的設(shè)計(jì)要兼顧充電接口電路的安全保護(hù)，鋰電池保護(hù)電路的安全和Boost升壓電路板安全保護(hù)。

圖1 經(jīng)過(guò)PCB板設(shè)計(jì)后的成品

PCB板是移動(dòng)電源電子元器件的主要承載體，它的設(shè)計(jì)的合理性關(guān)于整個(gè)設(shè)備的安全性。如果PCB板的設(shè)計(jì)不合理不僅浪費(fèi)了金錢(qián)，安全性更是天方夜譚。

3 大容量移動(dòng)電源安全性影響分析

大容量移動(dòng)電源的安全性包括兩個(gè)方面，分別是內(nèi)部因素和外部因素。這兩個(gè)因素都對(duì)移動(dòng)電源的安全性有著非常大的影響。

3.1 內(nèi)部主要因素

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(yīng)活性

根據(jù)材料的特性大部分正極材料放電時(shí)要求有良好的熱穩(wěn)定性。充電時(shí)表現(xiàn)出熱不穩(wěn)定性[2]。伴隨著與進(jìn)行電解液接觸和分離，會(huì)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(xué)性能提出了一定的要求，如果熱穩(wěn)定性沒(méi)能達(dá)到要求，材料使用壽命將大大折扣。

（2）負(fù)極材料的安全性

負(fù)極材料與電解液接觸，但不能與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這就要求負(fù)極材料具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性。如果負(fù)極材料與電解液等材料發(fā)生反應(yīng)，會(huì)消耗負(fù)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(gè)全新的移動(dòng)電源，將在短時(shí)間之內(nèi)，性能由好變差，且過(guò)程不可逆。同時(shí)，這樣的消耗也會(huì)產(chǎn)生大量的熱，熱量的聚集直接影響移動(dòng)電源的安全性。

（3）電解液

電解液存在于正負(fù)極之間，要求它具有良好的導(dǎo)電性能，且自身化學(xué)性能要穩(wěn)定。如果自身化學(xué)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(dòng)電源內(nèi)部隔膜的選擇至關(guān)重要，它主要是基于熔點(diǎn)厚度孔間隙等。如果當(dāng)電芯內(nèi)部的溫度達(dá)到隔膜熔點(diǎn)時(shí)，空洞將會(huì)變成無(wú)孔的絕緣層使得電池內(nèi)部的電阻迅速上升，當(dāng)溫度繼續(xù)升高，隔膜發(fā)生熔化會(huì)使得正極和負(fù)極之間接通內(nèi)部短路，短時(shí)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(dòng)作要求也較高，由于制作工藝的步驟眾多，一旦其中一個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，勢(shì)必影響移動(dòng)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(huì)刺穿隔膜，使得內(nèi)部發(fā)生短路。如果電芯極耳過(guò)長(zhǎng)，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(guò)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(shí)，一定要注意細(xì)節(jié)，做到事無(wú)巨細(xì)。

內(nèi)部因素分別從材料的選取和制作工藝方面進(jìn)行了介紹，這些因素對(duì)移動(dòng)電影安全性影響是最為直接的，因此，在移動(dòng)電源的制作過(guò)程中，要重點(diǎn)關(guān)注。

3.2 影響移動(dòng)電源安全性的外部因素

(1)過(guò)充電過(guò)放電

產(chǎn)品在設(shè)計(jì)之初都會(huì)進(jìn)行一些產(chǎn)品參數(shù)的標(biāo)定和使用方案的界定。對(duì)于移動(dòng)電源而言，一定要避免過(guò)充電過(guò)放電的情況。因?yàn)檫^(guò)充電過(guò)放電容易導(dǎo)致正負(fù)極材料和電解液釋放出氣體和熱量，氣體和熱量如果沒(méi)在短時(shí)間內(nèi)散出會(huì)則會(huì)導(dǎo)致電池鼓脹現(xiàn)象的發(fā)生。

(2)封邊保護(hù)

封邊是移動(dòng)電源制作工藝中非常重要的一個(gè)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(shè)想。因此在對(duì)器件進(jìn)行封裝保護(hù)時(shí)，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(hù)線路失效，一旦發(fā)生短路現(xiàn)象，瞬間電流過(guò)大使電芯短時(shí)間聚集大量熱量。熱量的聚集會(huì)使得移動(dòng)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(dāng)移動(dòng)電源內(nèi)部，容量巨大時(shí)，短路現(xiàn)象一旦發(fā)生后果不堪設(shè)想。

(4)外部溫度過(guò)高

當(dāng)移動(dòng)電源的外部溫度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)影響移動(dòng)電源金屬外殼發(fā)生形變，正負(fù)級(jí)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(duì)移動(dòng)電影的影響都是巨大的。這些現(xiàn)象都容易使得移動(dòng)電源的電芯發(fā)生短路事故。日常的移動(dòng)電源的制作和使用，特別是對(duì)一些大容量移動(dòng)電源而言，一定要避免以上現(xiàn)象的發(fā)生。

4 總結(jié)

本文主要介紹了大容量移動(dòng)電源安全性影響因素。就目前而言，由于人們對(duì)手機(jī)需求量的不能增加，移動(dòng)電源的應(yīng)用也在變得越來(lái)越廣泛。同時(shí)對(duì)電源的容量和安全性需求也越來(lái)越高。因此設(shè)計(jì)者必須在保證移動(dòng)電源大容量的同時(shí)兼顧安全性。相信隨著我國(guó)材料技術(shù)和科研技術(shù)的不斷提高，未來(lái)大容量電池的設(shè)計(jì)將會(huì)變得更加安全和可靠。