Литиумските батерии се најбрзо растечки батериски систем во изминатите 20 години и широко се користат во електронските производи.Неодамнешната експлозија на мобилни телефони и лаптопи во суштина е експлозија на батерија.Како изгледаат батериите на мобилните телефони и лаптопите, како работат, зошто експлодираат и како да ги избегнете.
Несаканите ефекти почнуваат да се појавуваат кога литиумската ќелија е преполнета до напон поголем од 4,2V.Колку е поголем притисокот на преполнување, толку е поголем ризикот.При напон повисоки од 4,2 V, кога помалку од половина од атомите на литиум остануваат во катодниот материјал, ќелијата за складирање често пропаѓа, предизвикувајќи трајно опаѓање на капацитетот на батеријата.Ако полнењето продолжи, последователните литиумски метали ќе се натрупаат на површината на катодниот материјал, бидејќи ќелијата за складирање на катодата е веќе полна со атоми на литиум.Овие атоми на литиум растат дендритски кристали од површината на катодата во насока на јоните на литиум.Литиумските кристали ќе поминат низ дијафрагмалната хартија, скратувајќи ги анодата и катодата.Понекогаш батеријата експлодира пред да се појави краток спој.Тоа е затоа што за време на процесот на преполнување, материјалите како што се електролитите пукаат за да произведат гас што предизвикува отекување и пукање на куќиштето на батеријата или вентилот за притисок, дозволувајќи му на кислородот да реагира со атоми на литиум акумулирани на површината на негативната електрода и да експлодира.
Затоа, кога се полни литиумската батерија, неопходно е да се постави горната граница на напонот, за да се земе предвид траењето, капацитетот и безбедноста на батеријата.Идеалната горна граница на напонот за полнење е 4,2 V.Треба да има и пониска граница на напон кога се испуштаат литиумските ќелии.Кога напонот на ќелијата паѓа под 2,4V, дел од материјалот почнува да се распаѓа.И бидејќи батеријата ќе се испразни самостојно, ставете колку подолго напонот ќе биде помал, затоа, најдобро е да не празнете 2,4 V за да престанете.Од 3,0V до 2,4V, литиумските батерии ослободуваат само околу 3% од нивниот капацитет.Затоа, 3.0V е идеален напон за исклучување на празнење.При полнење и празнење, покрај ограничувањето на напонот, неопходна е и границата на струјата.Кога струјата е превисока, јоните на литиум немаат време да влезат во ќелијата за складирање, ќе се акумулираат на површината на материјалот.
Како што овие јони добиваат електрони, тие кристализираат атоми на литиум на површината на материјалот, што може да биде исто толку опасно како и прекумерното полнење.Ако куќиштето на батеријата се скрши, ќе експлодира.Затоа, заштитата на литиум јонската батерија треба барем да ја вклучи горната граница на напонот за полнење, долната граница на напонот за празнење и горната граница на струјата.Во принцип, покрај јадрото на литиумската батерија, ќе има и заштитна плоча, која главно треба да ги обезбеди овие три заштита.Сепак, заштитната плоча на овие три заштита очигледно не е доволна, глобалната литиумска батерија експлозија настани или чести.За да се осигури безбедноста на батериските системи, потребна е повнимателна анализа на причините за експлозиите на батериите.
Причина за експлозијата:
1. Голема внатрешна поларизација;
2. Пол-парчето апсорбира вода и реагира со барабанот за гас на електролит;
3.Квалитетот и перформансите на самиот електролит;
4.Количината на течна инјекција не може да ги исполни барањата на процесот;
5. Перформансите на заптивките за ласерско заварување се слаби во процесот на подготовка, а истекувањето на воздухот е откриено.
6. Прашината и прашината од шипки лесно се предизвикуваат прво микрократок спој;
7. Позитивна и негативна плоча подебела од опсегот на процесот, тешко да се граничи;
8. Проблемот со запечатување на течноста за вбризгување, слабите перформанси на запечатување на челичната топка доведува до тапан за гас;
9.Школка дојдовен материјал школка ѕид е премногу дебел, школка деформација влијае на дебелината;
10. Високата амбиентална температура надвор е исто така главната причина за експлозијата.
Тип на експлозија
Анализа на типот на експлозија Типовите на експлозија на јадрото на батеријата може да се класифицираат како надворешен краток спој, внатрешен краток спој и преполнување.Надворешното овде се однесува на надворешноста на ќелијата, вклучувајќи го и кусиот спој предизвикан од лошиот дизајн на изолација на внатрешниот батериски пакет.Кога ќе се појави краток спој надвор од ќелијата, а електронските компоненти не успеваат да ја прекинат јамката, ќелијата ќе генерира висока топлина внатре, предизвикувајќи дел од електролитот да испарува, обвивката на батеријата.Кога внатрешната температура на батеријата е висока до 135 степени Целзиусови, мембранската хартија со добар квалитет ќе ја затвори ситната дупка, електрохемиската реакција е прекината или речиси прекината, струјата паѓа, а температурата исто така полека паѓа, со што ќе се избегне експлозијата. .Но, хартијата со дијафрагма со слаба брзина на затворање, или онаа што воопшто не се затвора, ќе ја одржи батеријата топла, ќе испари повеќе електролит и на крајот ќе го пукне куќиштето на батеријата, па дури и ќе ја подигне температурата на батеријата до точка каде што материјалот гори. и експлодира.Внатрешниот краток спој главно е предизвикан од брусот од бакарна фолија и алуминиумска фолија што ја пробиваат дијафрагмата или дендритичните кристали на атоми на литиум што ја пробиваат дијафрагмата.
Овие ситни метали како игла може да предизвикаат микрократки кола.Бидејќи иглата е многу тенка и има одредена вредност на отпор, струјата не мора да биде многу голема.Во производствениот процес се предизвикуваат прснувањата на бакарна алуминиумска фолија.Забележаниот феномен е дека батеријата протекува премногу брзо, а повеќето од нив може да се проверат од фабриките за ќелии или монтажните погони.И бидејќи брусите се мали, тие понекогаш изгоруваат, со што батеријата се враќа во нормала.Затоа, веројатноста за експлозија предизвикана од микро краток спој на брус не е голема.Таков поглед, често може да се наплаќаат од внатрешноста на секоја ќелија фабрика, напонот на ниска лоша батерија, но ретко експлозија, добиваат статистичка поддршка.Затоа, експлозијата предизвикана од внатрешен краток спој е главно предизвикана од преполнување.Бидејќи насекаде на преполнетата плоча на задната електрода има литиумски метални кристали слични на игла, местата на пункција се насекаде, а микрократката врска се појавува насекаде.Затоа, температурата на ќелијата постепено ќе се зголемува, а на крајот високата температура ќе го електролити гасот.Оваа ситуација, без разлика дали температурата е превисока за да се направи експлозија на согорувањето на материјалот, или лушпата прво била скршена, така што воздухот во и жестоката оксидација на литиум метал, се крајот на експлозијата.
Но, таквата експлозија, предизвикана од внатрешен краток спој предизвикан од преполнување, не мора да се случи во моментот на полнење.Можно е потрошувачите да престанат да се полнат и да ги извадат телефоните пред батеријата да се загрее доволно за да согорува материјали и да произведе доволно гас за да пукне куќиштето на батеријата.Топлината создадена од бројните кратки споеви полека ја загрева батеријата и по некое време експлодира.Вообичаениот опис на потрошувачите е дека го земале телефонот и откриле дека е многу жежок, а потоа го фрлиле и експлодирале.Врз основа на горенаведените типови на експлозија, можеме да се фокусираме на спречување на преполнување, спречување на надворешен краток спој и подобрување на безбедноста на ќелијата.Меѓу нив, спречувањето на преполнување и надворешен краток спој припаѓа на електронската заштита, што е во голема мера поврзано со дизајнот на батерискиот систем и батерискиот пакет.Клучната точка за подобрување на безбедноста на ќелиите е хемиската и механичката заштита, која има одлична врска со производителите на ќелии.
Безбедна скриена неволја
Безбедноста на литиум јонската батерија не е поврзана само со природата на самиот материјал на ќелијата, туку и со технологијата на подготовка и употребата на батеријата.Батериите на мобилните телефони често експлодираат, од една страна, поради дефект на заштитното коло, но уште поважно е што материјалниот аспект суштински не го реши проблемот.
Активниот материјал со литиумска катодна кобалтна киселина е многу зрел систем во мали батерии, но по целосно полнење, сè уште има многу литиумски јони на анодата, кога се очекува преполнување, останатите во анодата на литиумските јони да се насоберат кон анодата. , е формирана на катодниот дендрит е користење на кобалт киселина литиум батерија преполнување последица, дури и во нормалниот процес на полнење и празнење, Исто така, може да има вишок на литиум јони слободни на негативната електрода за да формираат дендрити.Теоретската специфична енергија на материјалот од литиум кобалат е повеќе од 270 mah/g, но вистинскиот капацитет е само половина од теоретскиот капацитет за да се обезбеди неговата изведба на велосипед.Во процесот на употреба, поради некоја причина (како што е оштетување на системот за управување) и напонот за полнење на батеријата е превисок, преостанатиот дел од литиумот во позитивната електрода ќе се отстрани, преку електролитот до површината на негативната електрода во форма на таложење на литиум метал за да се формираат дендрити.Дендрити Ја пробиваат дијафрагмата, создавајќи внатрешен краток спој.
Главната компонента на електролитот е карбонат, кој има ниска точка на палење и ниска точка на вриење.Ќе изгори или дури и ќе експлодира под одредени услови.Ако батеријата се прегрее, тоа ќе доведе до оксидација и намалување на карбонатот во електролитот, што резултира со многу гас и повеќе топлина.Ако нема сигурносен вентил или гасот не се испушти низ сигурносниот вентил, внатрешниот притисок на батеријата нагло ќе се зголеми и ќе предизвика експлозија.
Полимер електролит литиум-јонска батерија не фундаментално го решава безбедносниот проблем, се користат и литиум кобалт киселина и органски електролит, а електролитот е колоиден, не е лесен за истекување, ќе се појави понасилно согорување, согорувањето е најголемиот проблем на безбедноста на полимерната батерија.
Има и одредени проблеми со користењето на батеријата.Надворешен или внатрешен краток спој може да произведе неколку стотици ампери прекумерна струја.Кога ќе се појави надворешен краток спој, батеријата веднаш испушта голема струја, троши голема количина на енергија и генерира огромна топлина на внатрешниот отпор.Внатрешниот краток спој формира голема струја, а температурата се зголемува, предизвикувајќи топење на дијафрагмата и проширување на областа на краток спој, со што се формира маѓепсан круг.
Литиум јонска батерија со цел да се постигне една ќелија 3 ~ 4,2V висок работен напон, мора да се земе распаѓање на напонот е поголем од 2V органски електролит, и употребата на органски електролит во висока струја, висока температура услови ќе бидат електролизирани, електролитски гас, што резултира со зголемен внатрешен притисок, сериозно ќе се пробие низ школка.
Преполнувањето може да преципитира литиум метал, во случај на пукање на школка, директен контакт со воздух, што резултира со согорување, во исто време електролит за палење, силен пламен, брзо ширење на гасот, експлозија.
Покрај тоа, за мобилен телефон литиум-јонска батерија, поради неправилна употреба, како што се истиснување, удар и довод на вода доведуваат до проширување на батеријата, деформација и пукање, итн., што ќе доведе до краток спој на батеријата, во процесот на празнење или полнење предизвикан со топлинска експлозија.
Безбедност на литиумските батерии:
Со цел да се избегне прекумерно празнење или преполнување предизвикано од неправилна употреба, механизмот за тројна заштита е поставен во една литиум-јонска батерија.Една од нив е употребата на преклопни елементи, кога температурата на батеријата се зголемува, нејзиниот отпор ќе се зголеми, кога температурата е премногу висока, автоматски ќе го запре напојувањето;Втората е да се избере соодветен материјал за преграда, кога температурата се зголемува до одредена вредност, микронските пори на партицијата автоматски ќе се растворат, така што јоните на литиум не можат да поминат, внатрешната реакција на батеријата запира;Третиот е да го поставите безбедносниот вентил (односно, отворот за вентилација на горниот дел од батеријата).Кога внатрешниот притисок на батеријата ќе се искачи до одредена вредност, сигурносниот вентил автоматски ќе се отвори за да се осигури безбедноста на батеријата.
Понекогаш, иако самата батерија има безбедносни мерки за контрола, но поради некои причини предизвикани од неуспехот на контролата, недостатокот на сигурносен вентил или гас нема време да се ослободи низ безбедносниот вентил, внатрешниот притисок на батеријата нагло ќе се зголеми и ќе предизвика експлозија.Општо земено, вкупната енергија складирана во литиум-јонските батерии е обратно пропорционална со нивната безбедност.Како што се зголемува капацитетот на батеријата, волуменот на батеријата исто така се зголемува, а перформансите на нејзината дисипација на топлина се влошуваат, а можноста за несреќи значително ќе се зголеми.За литиум-јонските батерии што се користат во мобилните телефони, основното барање е веројатноста за безбедносни несреќи да биде помала од еден на милион, што е и минимален стандард прифатлив за јавноста.За литиум-јонски батерии со голем капацитет, особено за автомобили, многу е важно да се прифати присилна дисипација на топлина.
Изборот на побезбедни електродни материјали, материјал од литиум манган оксид, во однос на молекуларната структура за да се осигура дека во состојба на целосно полнење, јоните на литиум во позитивната електрода се целосно вградени во негативната јаглеродна дупка, фундаментално го избегнува создавањето на дендрити.Во исто време, стабилната структура на литиум манган киселина, така што нејзините перформанси на оксидација се далеку пониски од литиум кобалт киселина, температура на распаѓање на литиум кобалт киселина повеќе од 100 ℃, дури и поради надворешен надворешен краток спој (игла), надворешен краток спој, преполнување, исто така, може целосно да ја избегне опасноста од согорување и експлозија предизвикани од таложениот литиум метал.
Покрај тоа, употребата на материјал од литиум манганат, исто така, може значително да ги намали трошоците.
За да ги подобриме перформансите на постоечката технологија за контрола на безбедноста, прво мора да ги подобриме безбедносните перформанси на јадрото на литиум-јонските батерии, што е особено важно за батериите со голем капацитет.Изберете дијафрагма со добри перформанси на термичко затворање.Улогата на дијафрагмата е да ги изолира позитивните и негативните полови на батеријата додека дозволува премин на јони на литиум.Кога температурата се зголемува, мембраната се затвора пред да се стопи, зголемувајќи го внатрешниот отпор на 2.000 оми и исклучувајќи ја внатрешната реакција.Кога внатрешниот притисок или температура ќе го достигнат претходно поставениот стандард, вентилот отпорен на експлозија ќе се отвори и ќе почне да го намалува притисокот за да спречи прекумерна акумулација на внатрешен гас, деформација и на крајот да доведе до пукање на школка.Подобрете ја чувствителноста на контролата, изберете почувствителни контролни параметри и прифатете ја комбинираната контрола на повеќе параметри (што е особено важно за батериите со голем капацитет).За литиум јонски батерии со голем капацитет е сериски/паралелен состав со повеќе ќелии, како што е напонот на лаптоп компјутер повеќе од 10V, голем капацитет, генерално со користење на 3 до 4 серии единечни батерии може да ги исполни барањата за напон, а потоа 2 до 3 серии на пакет батерии паралелно, со цел да се обезбеди голем капацитет.
Самиот батериски пакет со висок капацитет мора да биде опремен со релативно совршена заштитна функција, а исто така треба да се земат предвид два вида модули на плочката: ProtecTIonBoardPCB модул и модул SmartBatteryGaugeBoard.Целиот дизајн за заштита на батеријата вклучува: IC за заштита од ниво 1 (спречете преполнување на батеријата, прекумерно празнење, краток спој), IC за заштита од ниво 2 (спречете втор пренапон), осигурувач, LED индикатор, регулација на температурата и други компоненти.Според механизмот за заштита на повеќе нивоа, дури и во случај на ненормално напојување на полнач и лаптоп, батеријата на лаптопот може да се префрли само на автоматска заштитна состојба.Ако ситуацијата не е сериозна, често работи нормално откако ќе се приклучи и извади без експлозија.
Основната технологија што се користи во литиум-јонските батерии што се користат во лаптопите и мобилните телефони е небезбедна и треба да се разгледаат побезбедни структури.
Како заклучок, со напредокот на материјалната технологија и продлабочувањето на разбирањето на луѓето за барањата за дизајн, производство, тестирање и употреба на литиум-јонски батерии, иднината на литиум-јонските батерии ќе стане побезбедна.
Време на објавување: Мар-07-2022 година