Litija baterijas ir visstraujāk augošā akumulatoru sistēma pēdējos 20 gados, un tos plaši izmanto elektroniskajos izstrādājumos.Nesenais mobilo tālruņu un klēpjdatoru sprādziens būtībā ir akumulatora sprādziens.Kā izskatās mobilo tālruņu un klēpjdatoru akumulatori, kā tie darbojas, kāpēc tie eksplodē un kā no tiem izvairīties.
Blakusparādības sāk parādīties, kad litija elementu pārlādē līdz spriegumam, kas lielāks par 4,2 V.Jo augstāks ir pārslodzes spiediens, jo lielāks risks.Ja spriegums ir lielāks par 4,2 V, kad katoda materiālā ir palikusi mazāk nekā puse litija atomu, uzglabāšanas šūna bieži sabrūk, izraisot pastāvīgu akumulatora jaudas samazināšanos.Ja lādiņš turpinās, nākamie litija metāli uzkrāsies uz katoda materiāla virsmas, jo katoda uzglabāšanas šūna jau ir pilna ar litija atomiem.Šie litija atomi audzē dendritiskos kristālus no katoda virsmas litija jonu virzienā.Litija kristāli izies cauri diafragmas papīram, saīsinot anodu un katodu.Dažreiz akumulators eksplodē pirms īssavienojuma.Tas ir tāpēc, ka pārlādēšanas procesā materiāli, piemēram, elektrolīti, saplaisā, veidojot gāzi, kas izraisa akumulatora korpusa vai spiediena vārsta uzbriest un pārsprāgt, ļaujot skābeklim reaģēt ar litija atomiem, kas uzkrāti uz negatīvā elektroda virsmas, un eksplodēt.
Tāpēc, uzlādējot litija akumulatoru, ir nepieciešams iestatīt sprieguma augšējo robežu, lai ņemtu vērā akumulatora darbības laiku, jaudu un drošību.Ideālā uzlādes sprieguma augšējā robeža ir 4,2 V.Jābūt arī zemākai sprieguma robežai, kad litija elementi izlādējas.Kad elementa spriegums nokrītas zem 2,4 V, daļa materiāla sāk sadalīties.Un tā kā akumulators pašizlādēsies, lieciet, jo ilgāk spriegums būs zemāks, tāpēc labāk neizlādēt 2,4 V, lai apturētu.No 3,0 V līdz 2,4 V litija baterijas atbrīvo tikai aptuveni 3% no savas jaudas.Tāpēc 3,0 V ir ideāls izlādes spriegums.Uzlādējot un izlādējot, papildus sprieguma ierobežojumam ir nepieciešams arī strāvas ierobežojums.Ja strāva ir pārāk augsta, litija joniem nav laika iekļūt uzglabāšanas šūnā, tie uzkrāsies uz materiāla virsmas.
Šie joni iegūstot elektronus, tie kristalizē litija atomus uz materiāla virsmas, kas var būt tikpat bīstami kā pārlādēšana.Ja akumulatora korpuss saplīst, tas eksplodēs.Tāpēc litija jonu akumulatora aizsardzībai jāietver vismaz lādēšanas sprieguma augšējā robeža, izlādes sprieguma apakšējā robeža un strāvas augšējā robeža.Kopumā papildus litija akumulatora kodolam būs arī aizsargplāksne, kas galvenokārt paredzēta šo trīs aizsardzības nodrošināšanai.Tomēr aizsardzības plāksne šo trīs aizsardzības acīmredzami nepietiek, globālās litija baterijas sprādziena notikumi vai bieži.Lai nodrošinātu akumulatoru sistēmu drošību, ir nepieciešama rūpīgāka akumulatoru sprādziena cēloņu analīze.
Sprādziena cēlonis:
1. Liela iekšējā polarizācija;
2.Stieņa gabals absorbē ūdeni un reaģē ar elektrolīta gāzes cilindru;
3.Paša elektrolīta kvalitāte un veiktspēja;
4. Šķidruma iesmidzināšanas daudzums neatbilst procesa prasībām;
5. Lāzermetināšanas blīvējuma veiktspēja sagatavošanas procesā ir slikta, un tiek konstatēta gaisa noplūde.
6. Putekļi un stabu putekļi ir viegli izraisīt mikroīssavienojumu vispirms;
7.Pozitīvā un negatīvā plāksne, kas ir biezāka par procesa diapazonu, grūti noņemama;
8. Šķidruma iesmidzināšanas blīvēšanas problēma, slikta tērauda lodīšu blīvējuma veiktspēja, kas noved pie gāzes cilindra;
9.Shell ienākošā materiāla apvalka siena ir pārāk bieza, apvalka deformācija ietekmē biezumu;
10. Augstā apkārtējās vides temperatūra ārā ir arī galvenais sprādziena cēlonis.
Sprādziena veids
Sprādziena veida analīze Akumulatora kodola sprādziena veidus var klasificēt kā ārējo īssavienojumu, iekšējo īssavienojumu un pārlādēšanu.Ārējais šeit attiecas uz šūnas ārējo daļu, tostarp īssavienojumu, ko izraisa iekšējā akumulatora bloka slikta izolācijas konstrukcija.Ja ārpus šūnas notiek īssavienojums un elektroniskajiem komponentiem neizdodas nogriezt cilpu, šūna iekšpusē radīs lielu siltumu, izraisot elektrolīta, akumulatora korpusa, daļas iztvaikošanu.Ja akumulatora iekšējā temperatūra ir augsta līdz 135 grādiem pēc Celsija, labas kvalitātes diafragmas papīrs aizvērs smalko caurumu, elektroķīmiskā reakcija tiek pārtraukta vai gandrīz beigusies, strāva samazinās, un temperatūra arī pazeminās lēni, tādējādi izvairoties no sprādziena. .Bet diafragmas papīrs ar vāju aizvēršanās ātrumu vai tāds, kas neaizveras vispār, saglabās akumulatoru siltu, iztvaiko vairāk elektrolīta un galu galā pārplīsīs akumulatora korpuss vai pat paaugstinās akumulatora temperatūru līdz vietai, kur materiāls sadeg. un eksplodē.Iekšējo īssavienojumu galvenokārt izraisa vara folijas un alumīnija folijas urbums, kas caurdur diafragmu, vai litija atomu dendrītiskie kristāli, kas caurdur diafragmu.
Šie sīkie, adatai līdzīgie metāli var izraisīt mikroīssavienojumus.Tā kā adata ir ļoti plāna un tai ir noteikta pretestības vērtība, strāva ne vienmēr ir ļoti liela.Ražošanas procesā rodas vara alumīnija folijas urbumi.Novērotā parādība ir tāda, ka akumulators izplūst pārāk ātri, un lielāko daļu no tiem var izsijāt šūnu rūpnīcas vai montāžas rūpnīcas.Tā kā urbumi ir mazi, tie dažreiz izdeg, padarot akumulatoru normālu.Tāpēc sprādziena iespējamība, ko izraisa burr mikro īssavienojums, nav augsta.Šāds skats, bieži vien var uzlādēt no iekšpuses katras šūnas rūpnīcā, spriegums uz zemu sliktu akumulatoru, bet reti sprādziens, saņemt statistikas atbalstu.Tāpēc sprādzienu, ko izraisa iekšējais īssavienojums, galvenokārt izraisa pārslodze.Tā kā uz pārlādētā aizmugurējā elektroda loksnes visur ir adatai līdzīgi litija metāla kristāli, visur ir caurduršanas punkti un visur rodas mikroīssavienojums.Tāpēc šūnas temperatūra pakāpeniski paaugstināsies, un, visbeidzot, augstā temperatūra elektrolīta gāzi.Šī situācija, neatkarīgi no tā, vai temperatūra ir pārāk augsta, lai radītu materiāla sadegšanas eksploziju, vai korpuss vispirms tika salauzts, lai gaiss un litija metāla sīva oksidēšanās būtu sprādziena beigas.
Bet šāds sprādziens, ko izraisa iekšējs īssavienojums, ko izraisa pārlādēšana, ne vienmēr notiek uzlādes laikā.Iespējams, ka patērētāji pārtrauks uzlādi un izņems savus tālruņus, pirms akumulators ir pietiekami karsts, lai sadedzinātu materiālus un ražotu pietiekami daudz gāzes, lai pārplīstu akumulatora korpuss.Daudzo īssavienojumu radītais siltums lēnām sasilda akumulatoru un pēc kāda laika uzsprāgst.Izplatīts patērētāju raksturojums ir tāds, ka viņi pacēla tālruni un atklāja, ka tas ir ļoti karsts, tad to izmeta un eksplodēja.Pamatojoties uz iepriekš minētajiem sprādziena veidiem, mēs varam koncentrēties uz pārmaksas novēršanu, ārējā īssavienojuma novēršanu un šūnas drošības uzlabošanu.Tostarp pārlādēšanas un ārējā īssavienojuma novēršana pieder elektroniskajai aizsardzībai, kas lielā mērā ir saistīta ar akumulatora sistēmas un akumulatora bloka konstrukciju.Šūnu drošības uzlabošanas galvenais punkts ir ķīmiskā un mehāniskā aizsardzība, kurai ir lieliskas attiecības ar šūnu ražotājiem.
Droša slēpta problēma
Litija jonu akumulatora drošība ir saistīta ne tikai ar paša elementa materiāla raksturu, bet arī ar akumulatora sagatavošanas tehnoloģiju un izmantošanu.Mobilo tālruņu akumulatori bieži uzsprāgst, no vienas puses, aizsardzības ķēdes atteices dēļ, bet vēl svarīgāk ir tas, ka materiālais aspekts nav būtiski atrisinājis problēmu.
Kobalta skābes litija katoda aktīvais materiāls ir ļoti nobriedusi sistēma mazos akumulatoros, taču pēc pilnas uzlādes pie anoda joprojām ir daudz litija jonu, pārlādējot, ir sagaidāms, ka anodā palikušie litija joni plūst uz anodu. , veidojas uz katoda dendrīts, ko izmanto kobalta skābes litija akumulatora pārlādes sekas, pat parastā uzlādes un izlādes procesā, var būt arī lieki litija joni, kas brīvi uz negatīvo elektrodu, veidojot dendrītus.Litija kobalāta materiāla teorētiskā īpatnējā enerģija ir lielāka par 270 mah/g, bet faktiskā jauda ir tikai puse no teorētiskās jaudas, lai nodrošinātu tā cikliskuma veiktspēju.Lietošanas procesā kāda iemesla dēļ (piemēram, vadības sistēmas bojājumi) un akumulatora uzlādes spriegums ir pārāk augsts, atlikušā litija daļa pozitīvajā elektrodā tiks noņemta caur elektrolītu uz negatīvā elektroda virsmu. litija metāla nogulsnēšanās forma, veidojot dendrītus.Dendriti Caurdur diafragmu, radot iekšēju īssavienojumu.
Elektrolīta galvenā sastāvdaļa ir karbonāts, kuram ir zema uzliesmošanas temperatūra un zema viršanas temperatūra.Noteiktos apstākļos tas sadegs vai pat eksplodēs.Ja akumulators pārkarst, tas novedīs pie karbonāta oksidēšanās un samazināšanās elektrolītā, kā rezultātā rodas daudz gāzes un vairāk siltuma.Ja nav drošības vārsta vai gāze netiek izlaista caur drošības vārstu, akumulatora iekšējais spiediens strauji paaugstināsies un izraisīs sprādzienu.
Polimēru elektrolīta litija jonu akumulators būtiski neatrisina drošības problēmu, tiek izmantota arī litija kobalta skābe un organiskais elektrolīts, un elektrolīts ir koloidāls, nav viegli noplūst, notiks vardarbīgāka sadegšana, sadegšana ir lielākā polimēru akumulatora drošības problēma.
Ir arī dažas problēmas ar akumulatora lietošanu.Ārējais vai iekšējais īssavienojums var radīt dažus simtus ampēru pārmērīgu strāvu.Kad notiek ārējs īssavienojums, akumulators uzreiz izlādē lielu strāvu, patērējot lielu enerģijas daudzumu un radot milzīgu siltumu uz iekšējo pretestību.Iekšējais īssavienojums veido lielu strāvu, un temperatūra paaugstinās, izraisot diafragmas kušanu un īssavienojuma zonas paplašināšanos, tādējādi veidojot apburto loku.
Litija jonu akumulators, lai sasniegtu vienas šūnas 3 ~ 4,2 V augstu darba spriegumu, ir jāņem sadalīšanās spriegums ir lielāks par 2 V organisko elektrolītu, un organiskā elektrolīta izmantošana augstas strāvas, augstas temperatūras apstākļos tiks elektrolizēta, elektrolītiska gāze, kā rezultātā palielinās iekšējais spiediens, nopietni izlauzīsies cauri apvalkam.
Pārlāde var izgulsnēt litija metālu, korpusa plīsuma gadījumā tiešā saskarē ar gaisu, kā rezultātā notiek aizdegšanās, vienlaikus aizdegšanās elektrolīts, spēcīga liesma, strauja gāzes izplešanās, eksplozija.
Turklāt mobilā tālruņa litija jonu akumulators nepareizas lietošanas dēļ, piemēram, ekstrūzija, trieciens un ūdens ieplūde, izraisa akumulatora izplešanos, deformāciju un plaisāšanu utt., kas novedīs pie akumulatora īssavienojuma izlādes vai uzlādes procesā. siltuma sprādziena rezultātā.
Litija bateriju drošība:
Lai izvairītos no pārmērīgas izlādes vai pārlādēšanas, ko izraisa nepareiza lietošana, vienā litija jonu akumulatorā ir uzstādīts trīskāršs aizsardzības mehānisms.Viens no tiem ir pārslēgšanas elementu izmantošana, kad akumulatora temperatūra paaugstinās, tā pretestība palielināsies, ja temperatūra ir pārāk augsta, automātiski pārtrauks barošanu;Otrais ir izvēlēties piemērotu starpsienu materiālu, kad temperatūra paaugstinās līdz noteiktai vērtībai, starpsienas mikronu poras automātiski izšķīst, lai litija joni nevarētu iziet cauri, akumulatora iekšējā reakcija apstājas;Trešais ir uzstādīt drošības vārstu (tas ir, ventilācijas atveri akumulatora augšpusē).Kad akumulatora iekšējais spiediens paaugstinās līdz noteiktai vērtībai, drošības vārsts automātiski atvērsies, lai nodrošinātu akumulatora drošību.
Dažreiz, lai gan pašam akumulatoram ir drošības kontroles pasākumi, taču dažu iemeslu dēļ, ko izraisa vadības kļūme, drošības vārsta vai gāzes trūkuma dēļ nav laika izlaist caur drošības vārstu, akumulatora iekšējais spiediens strauji paaugstināsies un izraisa sprādziens.Parasti litija jonu akumulatoros uzkrātā kopējā enerģija ir apgriezti proporcionāla to drošībai.Palielinoties akumulatora ietilpībai, palielinās arī akumulatora tilpums, un tā siltuma izkliedes veiktspēja pasliktinās, un ievērojami palielināsies negadījumu iespējamība.Litija jonu akumulatoriem, ko izmanto mobilajos tālruņos, pamatprasība ir, lai drošības negadījumu iespējamība būtu mazāka par vienu no miljona, kas arī ir minimālais sabiedrībai pieņemamais standarts.Lielas ietilpības litija jonu akumulatoriem, īpaši automašīnām, ir ļoti svarīgi izmantot piespiedu siltuma izkliedi.
Drošāku elektrodu materiālu, litija mangāna oksīda materiāla izvēle molekulārās struktūras ziņā, lai nodrošinātu, ka pozitīvā elektroda litija joni ir pilnībā iestrādāti negatīvajā oglekļa caurumā, būtiski novērš dendrītu veidošanos.Tajā pašā laikā litija mangānskābes stabila struktūra, tā ka tās oksidācijas veiktspēja ir daudz zemāka nekā litija kobaltskābe, litija kobaltskābes sadalīšanās temperatūra ir augstāka par 100 ℃, pat ārējā ārējā īssavienojuma (adatas) dēļ. īssavienojums, pārlādēšana, var arī pilnībā izvairīties no aizdegšanās un sprādziena briesmām, ko izraisa nogulsnēts litija metāls.
Turklāt litija manganāta materiāla izmantošana var arī ievērojami samazināt izmaksas.
Lai uzlabotu esošās drošības kontroles tehnoloģijas veiktspēju, mums vispirms jāuzlabo litija jonu akumulatora kodola drošības rādītāji, kas ir īpaši svarīgi lielas ietilpības akumulatoriem.Izvēlieties diafragmu ar labu termiskās aizvēršanas veiktspēju.Diafragmas uzdevums ir izolēt akumulatora pozitīvos un negatīvos polus, vienlaikus ļaujot litija joniem iziet cauri.Kad temperatūra paaugstinās, membrāna tiek aizvērta, pirms tā kūst, palielinot iekšējo pretestību līdz 2000 omiem un izslēdzot iekšējo reakciju.Kad iekšējais spiediens vai temperatūra sasniedz iepriekš iestatīto standartu, sprādziendrošais vārsts atvērsies un sāks mazināt spiedienu, lai novērstu pārmērīgu iekšējo gāzu uzkrāšanos, deformāciju un galu galā korpusa pārsprāgšanu.Uzlabojiet vadības jutīgumu, atlasiet jutīgākus vadības parametrus un izmantojiet vairāku parametru kombinētu vadību (kas ir īpaši svarīgi lielas ietilpības akumulatoriem).Lielas ietilpības litija jonu akumulatoru komplekts ir sērijveida/paralēli vairāku šūnu sastāvs, piemēram, piezīmjdatora spriegums ir lielāks par 10 V, liela ietilpība, parasti izmantojot 3 līdz 4 vienas akumulatora sērijas, var atbilst sprieguma prasībām, un pēc tam 2 līdz 3 sērijas akumulatoru bloks paralēli, lai nodrošinātu lielu ietilpību.
Lielas ietilpības akumulatora blokam pašam jābūt aprīkotam ar salīdzinoši perfektu aizsardzības funkciju, un jāņem vērā arī divu veidu shēmas plates moduļi: ProtecTIonBoardPCB modulis un SmartBatteryGaugeBoard modulis.Visa akumulatora aizsardzības konstrukcija ietver: 1. līmeņa aizsardzības IC (novērstu akumulatora pārlādēšanu, pārmērīgu izlādi, īssavienojumu), 2. līmeņa aizsardzības IC (novērstu otro pārspriegumu), drošinātāju, LED indikatoru, temperatūras regulēšanu un citas sastāvdaļas.Izmantojot daudzlīmeņu aizsardzības mehānismu, pat neparastas strāvas lādētāja un klēpjdatora gadījumā klēpjdatora akumulatoru var pārslēgt tikai uz automātiskās aizsardzības stāvokli.Ja situācija nav nopietna, tā bieži darbojas normāli pēc pieslēgšanas un noņemšanas bez sprādziena.
Pamattehnoloģija, ko izmanto litija jonu akumulatoros, ko izmanto klēpjdatoros un mobilajos tālruņos, nav droša, un ir jāapsver drošākas struktūras.
Noslēgumā jāsaka, ka līdz ar materiālu tehnoloģiju progresu un padziļinot cilvēku izpratni par litija jonu akumulatoru projektēšanas, ražošanas, testēšanas un lietošanas prasībām, litija jonu akumulatoru nākotne kļūs drošāka.
Publicēšanas laiks: 07.03.2022