谈谈锂离子电池使用安全性.doc

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1、谈谈锂离子电池使用安全性　　自从锂离子（Lithium-Ion，Li-ion）电池取代镍氢（NiMH）电池以来，越来越常应用在手机、平板计算机、超轻薄笔电及其他可携式电子产品，近几年来这些电子产品对电池容量要求越来越高，但同时要求电池体积要更小和更薄，这使得锂电池要具有更高容量密度。　　锂聚合物（LithiumPolymer，LiP）电池可满足更薄的要求，所以其市场占有率不断提升，特别是智慧手机、平板计算机及超轻薄笔电几乎全部都是使用锂聚合物电池。但由于锂离子电池在某些滥用情况下会发生起火燃烧，甚至爆炸，例如过充电（Overcharge）、短路及高温等情况

2、都会导致电池内部产生热能和气体，使得电池膨胀、破裂及起火，因此锂离子电池安全性也引起制造商、终端使用者及管理部门重视。　　中国及其他国家都针对电池先后发布该国本身的安全标准，像是中国GBT18287和GB31241-2014、美国及北美地区适用的UL1642及UL2054、欧盟的EN60950与EN62133、日本PSE及韩国KC标准等，这些标准在规范市场和保护消费者方面都具有积极作用。　　选择合适被动保护器件确保锂电池安全　　在很多情况下，电池设计者在选择被动保护器件时都会遇到一些问题，例如是否要使用被动保护器件？用哪一种？对锂电池来说，安规标准和性能要

3、求互相冲突，有时难以两全其美，怎么办？　　本文将说明如何选择合适的被动保护器件保险丝（Fuse）/可自恢复的聚合物正温度系数（PolymericPosiTIveThermalCoefficient，PPTC）/MHP-TA（MetalHybridPPTC-ThermalAcTIvaTIonDevice），以同时满足安规标准及主机对锂电池充放电性能要求，本文中的安规标准以UL2054为例。　　　　一次性熔断保险丝较脆弱　　　　这里提到的保险丝是一次性熔断保险丝（熔丝），在锂电池应用中通常包含热保险丝（ThermalFuse）和慢断型表面黏着保险丝（SMDFu

4、se）（表1）。　　一次性熔断保险丝的不可恢复性使得设计者在选用时需要格外谨慎，以免在电池组装、测试以及使用中，容易因为失误而使得电池遭受破坏。　　　　选择慢断型保险丝另一个主要目的是受限制电源（LimitedPowerSource，LPS）要求，如表2。通常会选择额定电流为5安培（A）的表面黏着型Fuse，因可同时满足LPS及电池充放电要求，由于SMDFuse不可恢复性，因此所选择的慢断型Fuse熔断时间必须比保护IC的过电流动作时间长，从而确保当保护电路正常工作时，Fuse不会动作而熔断。　　　　保护组件供货商要达到这样要求，Fuse在生产过程中要具有

5、出色的质量控制，以确保性能一致性。由于LPS限制Fuse最大规格为5A，因此难以满足对充放电要求高应用（表3）。　　PPTC性能/安规须综合考虑　　PPTC是正温度系数热敏电阻，广泛应用于锂电池保护电路中，随着锂电池容量不断增加，及手机等可携式电子产品对电池电流需求不断提升，在选择PPTC时所需要考虑因素也越来越多，一方面既要满足产品性能要求，同时又要满足锂电池的安规要求（图1）。　　　　图1　选择PPTC时考虑因素多，要满足产品性能又要满足锂电池安规要求。　　．装配方式　　PPTC是温度敏感器件，因此须充分考虑其在电池中的装配方式及生产过程，例如回流焊温

6、度曲线设置及有效控制、回流焊次数、电路板点胶及固化方式（紫外线照射还是高温烘烤）、低温注塑参数设置（压力、温度及时间），以及是否有手工焊的过程。PPTC有可能因为在这些制程中受到压力及高温而增大电阻，间接影响保持电流及动作特性。　　表面黏着型PPTC透过回流焊安装在印刷电路板（PCB）上，焊盘大小、铜箔厚度、走线宽度及相邻元器件发热等因素都会影响到PPTC散热性能，从而影响保持电流与动作特性。　　带状PPTC透过电阻焊或雷射焊方式，与锂电池芯电极及镍带与PCB板相连，因此镍带的长度、宽度及厚度会影响散热性能，从而影响PPTC保持电流及动作特性（图2）。　　

7、　　图2　带状PPTC与锂电池芯电极及镍带与PCB板相连　　．安规要求　　对于PPTC应用在锂电池中时，LPS对其要求与Fuse不同，选择时需要考虑因素较多，特别是须要同时满足高温下大电流放电要求与安规中过充电要求，不仅要考虑PPTC本身特性，还须要配合具体项目所选用的锂电池芯进行过充电试验。不同厂家、不同规格型号的锂电池芯在过充电试验中具有不同温度及安全特性。表面黏着型PPTC在电路板上位置距离电池芯较远，因此不能充分感测到电池芯温度变化，而且还会受到电路板上布线及其他组件发热影响，因此为满足安规要求，选择表面黏着型PPTC时应该要略微降低电流规格。　　

8、对于带状PPTC，在电池设计和生产过程中，不能受到外力和施加在器件