Ličio baterijos yra sparčiausiai auganti baterijų sistema per pastaruosius 20 metų ir plačiai naudojamos elektroniniuose gaminiuose. Neseniai įvykęs mobiliųjų telefonų ir nešiojamųjų kompiuterių sprogimas iš esmės yra akumuliatoriaus sprogimas. Kaip atrodo mobiliųjų telefonų ir nešiojamųjų kompiuterių baterijos, kaip jos veikia, kodėl sprogsta ir kaip jų išvengti.
Šalutinis poveikis pradeda pasireikšti, kai ličio elementas perkraunamas iki didesnės nei 4,2 V įtampos. Kuo didesnis perkrovos slėgis, tuo didesnė rizika. Esant aukštesnei nei 4,2 V įtampai, kai katodo medžiagoje lieka mažiau nei pusė ličio atomų, akumuliacinės ląstelės dažnai suyra ir dėl to nuolat sumažėja akumuliatoriaus talpa. Jei įkrovimas tęsis, kiti ličio metalai kaupsis ant katodo medžiagos paviršiaus, nes katodo laikymo elementas jau pilnas ličio atomų. Šie ličio atomai iš katodo paviršiaus išaugina dendritinius kristalus ličio jonų kryptimi. Ličio kristalai praeis per diafragmos popierių, trumpindami anodą ir katodą. Kartais baterija sprogsta prieš įvykstant trumpajam jungimui. Taip yra todėl, kad perkrovimo proceso metu tokios medžiagos kaip elektrolitai įtrūksta ir susidaro dujos, dėl kurių akumuliatoriaus korpusas arba slėgio vožtuvas išsipučia ir sprogsta, todėl deguonis gali reaguoti su neigiamo elektrodo paviršiuje susikaupusiais ličio atomais ir sprogti.
Todėl, įkraunant ličio akumuliatorių, būtina nustatyti viršutinę įtampos ribą, atsižvelgti į akumuliatoriaus tarnavimo laiką, talpą ir saugumą. Ideali įkrovimo įtampos viršutinė riba yra 4,2 V. Taip pat turėtų būti žemesnė įtampos riba, kai išsikrauna ličio elementai. Kai elemento įtampa nukrenta žemiau 2,4 V, dalis medžiagos pradeda irti. O kadangi baterija išsikraus savaime, tuo ilgiau dėkite įtampa bus mažesnė, todėl 2.4V geriau neiškrauti, kad sustotų. Nuo 3,0 V iki 2,4 V ličio baterijos atpalaiduoja tik apie 3% savo talpos. Todėl 3,0 V yra ideali iškrovimo ribinė įtampa. Įkraunant ir iškraunant, be įtampos ribos, būtina ir srovės riba. Kai srovė yra per didelė, ličio jonai nespėja patekti į laikymo elementą, kaupsis medžiagos paviršiuje.
Kadangi šie jonai įgyja elektronų, jie kristalizuoja ličio atomus medžiagos paviršiuje, o tai gali būti taip pat pavojinga, kaip ir perkrovimas. Jei akumuliatoriaus dėklas sulūžs, jis sprogs. Todėl ličio jonų akumuliatoriaus apsauga turėtų apimti bent viršutinę įkrovimo įtampos ribą, apatinę iškrovimo įtampos ribą ir viršutinę srovės ribą. Apskritai, be ličio akumuliatoriaus šerdies, bus ir apsauginė plokštė, kuri daugiausia skirta šioms trims apsaugai užtikrinti. Tačiau apsaugos plokštės šių trijų apsaugos akivaizdžiai nepakanka, pasaulinio ličio baterijos sprogimo įvykių ar dažnai. Siekiant užtikrinti akumuliatorių sistemų saugumą, reikia atidžiau išanalizuoti akumuliatorių sprogimo priežastis.
Sprogimo priežastis:
1. Didelė vidinė poliarizacija;
2.Stulpo dalis sugeria vandenį ir reaguoja su elektrolito dujų būgnu;
3.Pačio elektrolito kokybė ir veikimas;
4. Skysčio įpurškimo kiekis negali atitikti proceso reikalavimų;
5. Lazerinio suvirinimo sandariklio veikimas yra prastas paruošimo procese ir aptiktas oro nuotėkis.
6. Dulkės ir stulpelių dulkės pirmiausia lengvai sukelia mikrotrumpąjį jungimą;
7. Teigiama ir neigiama plokštė storesnė nei proceso diapazonas, sunkiai apdorojama;
8. Skysčio įpurškimo sandarinimo problema, prastas plieninio rutulio sandarinimo efektyvumas, vedantis į dujų būgną;
9.Shell gaunamos medžiagos korpuso sienelė yra per stora, apvalkalo deformacija turi įtakos storiui;
10. Aukšta aplinkos temperatūra lauke taip pat yra pagrindinė sprogimo priežastis.
Sprogimo tipas
Sprogimo tipo analizė Akumuliatoriaus šerdies sprogimo tipus galima suskirstyti į išorinį trumpąjį jungimą, vidinį trumpąjį jungimą ir perkrovą. Išorinis čia reiškia elemento išorę, įskaitant trumpąjį jungimą, kurį sukelia prastos vidinio akumuliatoriaus izoliacijos konstrukcijos. Kai elemento išorėje įvyksta trumpasis jungimas ir elektroniniams komponentams nepavyksta nutraukti kilpos, elementas viduje generuos didelę šilumą, todėl dalis elektrolito, akumuliatoriaus korpuso, išgaruos. Kai akumuliatoriaus vidinė temperatūra pakyla iki 135 laipsnių Celsijaus, geros kokybės diafragmos popierius uždarys smulkią skylę, elektrocheminė reakcija nutrūksta arba beveik baigiasi, srovė krenta, o temperatūra taip pat lėtai krenta, taip išvengiant sprogimo. . Tačiau diafragmos popierius, kurio uždarymo greitis prastas arba visiškai neužsidaro, išlaikys akumuliatorių šiltą, išgaruos daugiau elektrolito ir galiausiai susprogs akumuliatoriaus korpusas arba netgi padidins akumuliatoriaus temperatūrą iki taško, kuriame medžiaga sudegs. ir sprogsta. Vidinį trumpąjį jungimą daugiausia sukelia vario folijos ir aliuminio folijos įdubimas, pramušantis diafragmą, arba ličio atomų dendritiniai kristalai, pramušantys diafragmą.
Šie maži, adatiniai metalai gali sukelti mikrotrumpuosius jungimus. Kadangi adata yra labai plona ir turi tam tikrą pasipriešinimo vertę, srovė nebūtinai yra labai didelė. Varinės aliuminio folijos įdubimai susidaro gamybos procese. Pastebėtas reiškinys yra tai, kad akumuliatorius teka per greitai, ir daugumą jų gali pašalinti elementų gamyklos arba surinkimo gamyklos. Ir kadangi įdubimai yra maži, kartais jie nudega, todėl akumuliatorius vėl veikia normaliai. Todėl sprogimo, kurį sukelia mikrotrumpasis jungimas, tikimybė nėra didelė. Toks vaizdas, dažnai gali įkrauti iš kiekvieno elemento gamyklos viduje, dėl žemos blogos baterijos įtampos, bet retai sprogimo, gauti statistinę paramą. Todėl sprogimą, kurį sukelia vidinis trumpasis jungimas, daugiausia sukelia perkrova. Kadangi ant perkrauto galinio elektrodo lakšto visur yra adatos pavidalo ličio metalo kristalai, visur yra pradūrimo vietos ir visur atsiranda mikrotrumpasis jungimas. Todėl elementų temperatūra palaipsniui kils, o galiausiai aukšta temperatūra elektrolituos dujas. Ši situacija, nesvarbu, ar temperatūra yra per aukšta, kad medžiaga sudegintų, ar korpusas pirmą kartą buvo sulūžęs, kad oras ir ličio metalas smarkiai oksiduotųsi, yra sprogimo pabaiga.
Tačiau toks sprogimas, kurį sukelia vidinis trumpasis jungimas, kurį sukelia perkrovimas, nebūtinai įvyksta įkrovimo metu. Gali būti, kad vartotojai nustos krauti ir išsiims telefonus, kol akumuliatorius bus pakankamai įkaitęs, kad sudegintų medžiagas ir susidarytų pakankamai dujų, kad sprogtų akumuliatoriaus korpusas. Dėl daugybės trumpųjų jungimų skleidžiama šiluma lėtai įšyla akumuliatorių ir po kurio laiko sprogsta. Dažnas vartotojų apibūdinimas yra toks, kad jie, paėmę telefoną, pamatė, kad jis labai karštas, tada jį išmetė ir sprogo. Remdamiesi pirmiau nurodytais sprogimo tipais, galime sutelkti dėmesį į perkrovimo prevenciją, išorinio trumpojo jungimo prevenciją ir kameros saugumo gerinimą. Tarp jų perkrovimo ir išorinio trumpojo jungimo prevencija priklauso elektroninei apsaugai, kuri yra labai susijusi su akumuliatoriaus sistemos ir akumuliatoriaus komplekto konstrukcija. Pagrindinis elementų saugos gerinimo taškas yra cheminė ir mechaninė apsauga, kuri palaiko puikų ryšį su elementų gamintojais.
Saugi paslėpta bėda
Ličio jonų akumuliatoriaus saugumas yra susijęs ne tik su pačios elemento medžiagos pobūdžiu, bet ir su akumuliatoriaus paruošimo technologija bei naudojimu. Mobiliųjų telefonų baterijos dažnai sprogsta, viena vertus, dėl apsaugos grandinės gedimo, bet dar svarbiau, kad materialinis aspektas problemos iš esmės neišsprendė.
Kobalto rūgšties ličio katodo aktyvioji medžiaga yra labai subrendusi sistema mažose baterijose, tačiau po pilno įkrovimo prie anodo vis dar yra daug ličio jonų, o perkrovus, tikimasi, kad anode likę ličio jonai suplūs prie anodo. , susidaro ant katodo dendrito, naudojant kobalto rūgšties ličio bateriją, perteklinio įkrovimo pasekmė, net esant normaliam įkrovimo ir iškrovimo procesui, taip pat gali būti perteklinio ličio jonų, kurie gali laisvai patekti į neigiamą elektrodą, kad susidarytų dendritai. Ličio kobalato medžiagos teorinė savitoji energija yra didesnė nei 270 mah/g, tačiau tikroji talpa yra tik pusė teorinės talpos, užtikrinančios jos efektyvumą dviračiu. Naudojimo metu dėl tam tikrų priežasčių (pvz., valdymo sistemos pažeidimo) ir per didelės akumuliatoriaus įkrovimo įtampos, likusi teigiamame elektrode esanti ličio dalis bus pašalinta per elektrolitą į neigiamo elektrodo paviršių. ličio metalo nusodinimo forma, kad susidarytų dendritai. Dendritai Praduria diafragmą, sukurdami vidinį trumpąjį jungimą.
Pagrindinis elektrolito komponentas yra karbonatas, kurio pliūpsnio temperatūra žema ir virimo temperatūra žema. Tam tikromis sąlygomis jis sudegs ar net sprogs. Jei akumuliatorius perkais, oksiduosis ir sumažės karbonatas elektrolite, dėl to susidarys daug dujų ir daugiau šilumos. Jei nėra apsauginio vožtuvo arba dujos neišleidžiamos per apsauginį vožtuvą, akumuliatoriaus vidinis slėgis smarkiai pakils ir sukels sprogimą.
Polimerinio elektrolito ličio jonų akumuliatorius iš esmės neišsprendžia saugos problemos, taip pat naudojama ličio kobalto rūgštis ir organinis elektrolitas, o elektrolitas yra koloidinis, nesunku nutekėti, įvyks smarkesnis degimas, degimas yra didžiausia polimero akumuliatoriaus saugos problema.
Taip pat yra problemų naudojant akumuliatorių. Išorinis arba vidinis trumpasis jungimas gali sukelti kelių šimtų amperų per didelę srovę. Kai įvyksta išorinis trumpasis jungimas, akumuliatorius akimirksniu iškrauna didelę srovę, sunaudoja daug energijos ir sukuria didžiulę šilumą ant vidinio pasipriešinimo. Vidinis trumpasis jungimas suformuoja didelę srovę, o temperatūra pakyla, todėl diafragma išsilydo, o trumpojo jungimo sritis išsiplečia, taip susidaro užburtas ratas.
Ličio jonų akumuliatorius, norint pasiekti vieno elemento 3 ~ 4,2 V aukštą darbinę įtampą, turi būti, kad įtampa būtų didesnė nei 2 V organinio elektrolito, o organinio elektrolito naudojimas esant didelės srovės, aukštos temperatūros sąlygomis bus elektrolizuojamas, elektrolitinis dujos, dėl kurių padidės vidinis slėgis, rimtai prasiskverbs pro apvalkalą.
Per didelis įkrovimas gali nusodinti ličio metalą, korpuso plyšimo atveju, tiesioginis sąlytis su oru, dėl kurio gali užsidegti, tuo pačiu užsidegti elektrolitas, stipri liepsna, greitas dujų išsiplėtimas, sprogimas.
Be to, mobiliojo telefono ličio jonų akumuliatorius dėl netinkamo naudojimo, pvz., ekstruzijos, smūgio ir vandens įsiurbimo, gali sukelti akumuliatoriaus išsiplėtimą, deformaciją ir įtrūkimus ir pan., dėl kurių akumuliatoriaus trumpasis jungimas gali sukelti išsikrovimo ar įkrovimo procesą. šilumos sprogimo būdu.
Ličio baterijų sauga:
Siekiant išvengti per didelio išsikrovimo ar perkrovimo dėl netinkamo naudojimo, vienoje ličio jonų baterijoje yra nustatytas trigubas apsaugos mechanizmas. Vienas iš jų yra perjungimo elementų naudojimas, kai pakils akumuliatoriaus temperatūra, padidės jo varža, kai temperatūra bus per aukšta, automatiškai nutrauks maitinimo šaltinį; Antrasis yra pasirinkti tinkamą pertvaros medžiagą, kai temperatūra pakyla iki tam tikros vertės, mikronų poros pertvaroje automatiškai ištirps, todėl ličio jonai negali praeiti, akumuliatoriaus vidinė reakcija sustoja; Trečias – nustatyti apsauginį vožtuvą (ty ventiliacijos angą akumuliatoriaus viršuje). Kai vidinis akumuliatoriaus slėgis pakyla iki tam tikros vertės, apsauginis vožtuvas atsidarys automatiškai, kad būtų užtikrintas akumuliatoriaus saugumas.
Kartais, nors pats akumuliatorius turi saugos kontrolės priemones, tačiau dėl tam tikrų priežasčių, atsiradusių dėl valdymo gedimo, dėl apsauginio vožtuvo trūkumo ar dujų nespėja išsiskirti per apsauginį vožtuvą, vidinis akumuliatoriaus slėgis smarkiai pakils ir sprogimas. Paprastai bendra ličio jonų akumuliatoriuose sukaupta energija yra atvirkščiai proporcinga jų saugai. Didėjant akumuliatoriaus talpai, didėja ir akumuliatoriaus tūris, prastėja jo šilumos išsklaidymo charakteristikos, labai padidės nelaimingų atsitikimų tikimybė. Mobiliuosiuose telefonuose naudojamoms ličio jonų baterijoms pagrindinis reikalavimas – nelaimingų atsitikimų su saugumu tikimybė būtų mažesnė nei viena iš milijono, o tai taip pat yra minimalus visuomenei priimtinas standartas. Didelės talpos ličio jonų akumuliatoriams, ypač automobiliams, labai svarbu taikyti priverstinį šilumos išsklaidymą.
Pasirinkus saugesnes elektrodų medžiagas, ličio mangano oksido medžiagą, atsižvelgiant į molekulinę struktūrą, siekiant užtikrinti, kad teigiamame elektrode esantys ličio jonai visiškai įkrauti būtų visiškai įterpti į neigiamą anglies skylę, iš esmės išvengiama dendritų susidarymo. Tuo pačiu metu stabili ličio mangano rūgšties struktūra, todėl jos oksidacijos savybės yra daug mažesnės nei ličio kobalto rūgšties, ličio kobalto rūgšties skilimo temperatūra viršija 100 ℃, net ir dėl išorinio išorinio trumpojo jungimo (adatos), išorinio trumpasis jungimas, perkrovimas, taip pat gali visiškai išvengti degimo ir sprogimo pavojaus, kurį sukelia nusodintas ličio metalas.
Be to, ličio manganato medžiagos naudojimas taip pat gali labai sumažinti išlaidas.
Norėdami pagerinti esamos saugos valdymo technologijos veikimą, pirmiausia turime pagerinti ličio jonų akumuliatoriaus šerdies saugumą, o tai ypač svarbu didelės talpos baterijoms. Pasirinkite diafragmą su geru terminiu uždarymu. Diafragmos vaidmuo yra izoliuoti teigiamus ir neigiamus akumuliatoriaus polius, tuo pačiu leidžiant praeiti ličio jonams. Kai temperatūra pakyla, membrana uždaroma prieš jai ištirpstant, todėl vidinė varža padidėja iki 2000 omų ir išjungiama vidinė reakcija. Kai vidinis slėgis arba temperatūra pasiekia iš anksto nustatytą standartą, sprogimui atsparus vožtuvas atsidaro ir pradeda mažinti slėgį, kad būtų išvengta per didelio vidinių dujų kaupimosi, deformacijos ir galiausiai korpuso sprogimo. Pagerinkite valdymo jautrumą, pasirinkite jautresnius valdymo parametrus ir pritaikykite kelių parametrų kombinuotą valdymą (o tai ypač svarbu didelės talpos akumuliatoriams). Didelės talpos ličio jonų akumuliatorių paketas yra serijinė / lygiagreti kelių elementų sudėtis, pavyzdžiui, nešiojamojo kompiuterio įtampa yra didesnė nei 10 V, didelės talpos, paprastai naudojant 3–4 vienos baterijos serijas gali atitikti įtampos reikalavimus, o tada 2–3 serijos lygiagretus akumuliatoriaus blokas, kad būtų užtikrinta didelė talpa.
Pačiame didelės talpos akumuliatoriaus bloke turi būti įrengta gana tobula apsaugos funkcija, taip pat reikėtų atsižvelgti į dviejų tipų plokštės modulius: „ProtecTIonBoardPCB“ modulį ir „SmartBatteryGaugeBoard“ modulį. Visa akumuliatoriaus apsaugos konstrukcija apima: 1 lygio apsaugos IC (apsaugokite nuo akumuliatoriaus perkrovimo, perkrovimo, trumpojo jungimo), 2 lygio apsaugos IC (apsaugokite nuo antrojo viršįtampio), saugiklį, LED indikatorių, temperatūros reguliavimo ir kitus komponentus. Taikant kelių lygių apsaugos mechanizmą, net esant neįprastam įkrovikliui ir nešiojamam kompiuteriui, nešiojamojo kompiuterio akumuliatorių galima perjungti tik į automatinės apsaugos būseną. Jei situacija nėra rimta, ji dažnai veikia normaliai, kai yra prijungta ir pašalinta be sprogimo.
Pagrindinė technologija, naudojama nešiojamuosiuose kompiuteriuose ir mobiliuosiuose telefonuose naudojamuose ličio jonų akumuliatoriuose, yra nesaugi, todėl reikia apsvarstyti saugesnes konstrukcijas.
Apibendrinant galima pasakyti, kad tobulėjant medžiagų technologijoms ir gilėjant žmonių supratimui apie ličio jonų baterijų projektavimo, gamybos, bandymo ir naudojimo reikalavimus, ličio jonų baterijų ateitis taps saugesnė.
Paskelbimo laikas: 2022-07-07