充电过程的化学反应如下:
正极反应:LiCoO2(正极材料) → CoO2 + Li+ + e-(是一个失去电子的过程,其中锂离子(Li+)和电子(e-)被从正极材料LiCoO2中移除。
负极反应:石墨烯+ Li+ + e- → LiC6。
从化学反应中可以看到,在充电过程中,正的锂离子会从正极析出流向负极的石墨烯,而负极的石墨烯上有许多的锂穴,锂穴的作用就是吸收正极的锂离子。当车辆进行快充时,充电电压高,充电电流大,此时正极会有许多的锂离子析出,都跑向负极去寻找锂穴。如果此时因锂离子的高速运动导致拥挤从而使部分的锂离子没有找到锂穴,锂离子就会析出,多次这样的充电过程就会产生锂晶枝,而且可能会越长越大。
打个更加形象的例子,当我们在电影院里看电影,当电影散场的时候,我们一窝蜂的往电影院的门口涌去,但是因为电影的出口有限,不是每个人都能涌出去,结果发生踩踏事件,导致部分人被踩踏到地面,无法离开。而上面提到的锂离子就像发生踩踏事件时的情况,只能逗留在负极的某个地方而没有锂穴容身,当快充的次数增大,这样的情况频繁发生,导致锂离子越来越多,就生出了晶枝 。
如果生出晶枝后在后续的充电过程中被充电电流破坏掉那并不可怕,如果晶枝未被破坏而是越长越大,结果刺破隔膜导致正负极短路,此时就会发生起火风险。于是乎嘉兴新能源车充电爆炸的情况就发生了,以上应该就是充电过程中爆炸的主要原因。
当然在电池包设计过程中,会严格控制充电倍率以降低锂离子的活跃性,同时在高SOC时会进行涓流充电以保证充电电流不会太大,同时充电过程中会对电池包进行降温,以上都是保证充电的安全而做的努力。