Litiumbatterye is die vinnigste groeiende batterystelsel in die afgelope 20 jaar en word wyd in elektroniese produkte gebruik.Die onlangse ontploffing van selfone en skootrekenaars is in wese 'n batteryontploffing.Hoe selfoon- en skootrekenaarbatterye lyk, hoe hulle werk, hoekom hulle ontplof en hoe om dit te vermy.
Newe-effekte begin voorkom wanneer die litiumsel oorlaai word tot 'n spanning hoër as 4,2V.Hoe hoër die oorlaaidruk, hoe hoër is die risiko.By spannings hoër as 4.2V, wanneer minder as die helfte van die litiumatome in die katodemateriaal oor is, stort die stoorsel dikwels ineen, wat 'n permanente afname in batterykapasiteit veroorsaak.As die lading voortduur, sal daaropvolgende litiummetale op die oppervlak van die katodemateriaal ophoop, aangesien die katode se stoorsel reeds vol litiumatome is.Hierdie litiumatome groei dendritiese kristalle vanaf die katode-oppervlak in die rigting van die litiumione.Die litiumkristalle sal deur die diafragmapapier beweeg, wat die anode en katode kortsluit.Soms ontplof die battery voor 'n kortsluiting plaasvind.Dit is omdat materiale soos elektroliete tydens die oorlaaiproses kraak om gas te produseer wat veroorsaak dat die batteryomhulsel of drukklep swel en bars, wat suurstof toelaat om te reageer met litiumatome wat op die oppervlak van die negatiewe elektrode opgehoop word en ontplof.
Daarom, wanneer litium battery laai, is dit nodig om die spanning boonste limiet te stel, om die batterylewe, kapasiteit en veiligheid in ag te neem.Die ideale laaispanning boonste limiet is 4.2V.Daar moet ook 'n laer spanningslimiet wees wanneer litiumselle ontlaai.Wanneer die selspanning onder 2,4V daal, begin van die materiaal afbreek.En omdat die battery self ontlaai, hoe langer sal die spanning laer wees, daarom is dit die beste om nie 2.4V te ontlaai om te stop nie.Van 3.0V tot 2.4V stel litiumbatterye slegs sowat 3% van hul kapasiteit vry.Daarom is 3.0V 'n ideale ontladingsafsnyspanning.By laai en ontlading is, benewens die spanningsbeperking, ook die stroombeperking nodig.Wanneer die stroom te hoog is, het litiumione nie tyd om die stoorsel binne te gaan nie, sal dit op die oppervlak van die materiaal ophoop.
Soos hierdie ione elektrone kry, kristalliseer hulle litiumatome op die oppervlak van die materiaal, wat so gevaarlik soos oorlaai kan wees.As die batterykas breek, sal dit ontplof.Daarom moet die beskerming van litiumioonbatterye ten minste die boonste limiet van laaispanning, onderste limiet van ontlaaispanning en boonste limiet van stroom insluit.Oor die algemeen, bykomend tot die litiumbatterykern, sal daar 'n beskermingsplaat wees, wat hoofsaaklik hierdie drie beskerming bied.Maar die beskerming plaat van hierdie drie beskerming is natuurlik nie genoeg, die globale litium battery ontploffing gebeure of gereelde.Om die veiligheid van batterystelsels te verseker, is 'n noukeuriger ontleding van die oorsaak van batteryontploffings nodig.
Oorsaak van ontploffing:
1. Groot interne polarisasie;
2.Die paalstuk absorbeer water en reageer met die elektrolietgasdrom;
3.Die kwaliteit en werkverrigting van die elektroliet self;
4.Die hoeveelheid vloeistofinspuiting kan nie aan die prosesvereistes voldoen nie;
5. Die lasersweisseëlprestasie is swak in die voorbereidingsproses, en die luglekkasie word opgespoor.
6. Stof en paalstukstof is maklik om eers mikrokortsluiting te veroorsaak;
7. Positiewe en negatiewe plaat dikker as die prosesreeks, moeilik om te dop;
8. Seëlprobleem van vloeistofinspuiting, swak seëlprestasie van staalbal lei tot gasdrom;
9.Shell inkomende materiaal dop muur is te dik, dop vervorming beïnvloed die dikte;
10. Die hoë omgewingstemperatuur buite is ook die hoofoorsaak van die ontploffing.
Die tipe ontploffing
Ontploffingstipe Analise Die tipes batterykernontploffing kan geklassifiseer word as eksterne kortsluiting, interne kortsluiting en oorlading.Die eksterne verwys hier na die buitekant van die sel, insluitend die kortsluiting wat veroorsaak word deur die swak isolasie-ontwerp van die interne batterypak.Wanneer 'n kortsluiting buite die sel plaasvind, en die elektroniese komponente versuim om die lus af te sny, sal die sel hoë hitte binne genereer, wat veroorsaak dat 'n deel van die elektroliet, die batterydop, verdamp.Wanneer die interne temperatuur van die battery hoog is tot 135 grade Celsius, sal die diafragmapapier van goeie gehalte die fyn gaatjie toemaak, die elektrochemiese reaksie word beëindig of byna beëindig, die stroom daal, en die temperatuur daal ook stadig, om sodoende die ontploffing te vermy .Maar 'n diafragmapapier met 'n swak sluitingstempo, of een wat glad nie toemaak nie, sal die battery warm hou, meer elektroliet verdamp en uiteindelik die batteryomhulsel bars, of selfs die batterytemperatuur verhoog tot die punt waar die materiaal brand en ontplof.Die interne kortsluiting word hoofsaaklik veroorsaak deur die braam van koperfoelie en aluminiumfoelie wat die diafragma deurboor, of die dendritiese kristalle van litiumatome wat die diafragma deurboor.
Hierdie klein, naaldagtige metale kan mikrokortsluitings veroorsaak.Omdat die naald baie dun is en 'n sekere weerstandswaarde het, is die stroom nie noodwendig baie groot nie.Die brame van koperaluminiumfoelie word in die produksieproses veroorsaak.Die waargenome verskynsel is dat die battery te vinnig lek, en die meeste daarvan kan deur selfabrieke of monteeraanlegte uitgesif word.En omdat die brame klein is, brand hulle soms af, wat die battery weer normaal maak.Daarom is die waarskynlikheid van ontploffing veroorsaak deur braam mikro-kortsluiting nie hoog nie.So 'n uitsig, kan dikwels hef van die binnekant van elke sel fabriek, die spanning op die lae slegte battery, maar selde ontploffing, kry statistiese ondersteuning.Daarom word die ontploffing wat veroorsaak word deur interne kortsluiting hoofsaaklik veroorsaak deur oorlading.Omdat daar oral naaldagtige litiummetaalkristalle op die oorlaaide agterste elektrodeblad is, is daar oral deursteekpunte en kom mikrokortsluiting oral voor.Daarom sal die seltemperatuur geleidelik styg, en uiteindelik sal die hoë temperatuur gas elektroliet.Hierdie situasie, of die temperatuur te hoog is om die materiaal ontploffing te maak, of die dop is eers gebreek, sodat die lug in en litium metaal kwaai oksidasie, is die einde van die ontploffing.
Maar so 'n ontploffing, wat veroorsaak word deur 'n interne kortsluiting wat veroorsaak word deur oorlaai, vind nie noodwendig plaas tydens die laai nie.Dit is moontlik dat verbruikers sal ophou laai en hul fone uithaal voordat die battery warm genoeg is om materiaal te verbrand en genoeg gas te produseer om die batteryomhulsel te bars.Die hitte wat deur die talle kortsluitings gegenereer word, verhit die battery stadig en ontplof na 'n rukkie.Die algemene beskrywing van verbruikers is dat hulle die foon opgetel het en gevind het dat dit baie warm is, dit toe weggegooi en ontplof het.Gebaseer op die bogenoemde tipes ontploffing, kan ons fokus op die voorkoming van oorlading, die voorkoming van eksterne kortsluiting en die verbetering van die veiligheid van die sel.Onder hulle behoort die voorkoming van oorlading en eksterne kortsluiting tot elektroniese beskerming, wat grootliks verband hou met die ontwerp van die batterystelsel en batterypak.Die sleutelpunt van selveiligheidverbetering is chemiese en meganiese beskerming, wat 'n goeie verhouding met selvervaardigers het.
Veilige verborge moeilikheid
Die veiligheid van litiumioonbatterye hou nie net verband met die aard van die selmateriaal self nie, maar ook met die voorbereidingstegnologie en gebruik van die battery.Selfoonbatterye ontplof aan die een kant gereeld as gevolg van die mislukking van die beskermingskring, maar nog belangriker, die materiële aspek het nie die probleem fundamenteel opgelos nie.
Kobaltsuur litiumkatode aktiewe materiaal is 'n baie volwasse stelsel in klein batterye, maar na 'n volle lading is daar nog baie litiumione by die anode, wanneer oorlading, oorbly in die anode van litiumioon word verwag om na die anode te stroom. , is gevorm op die katode dendriet is met behulp van kobalt suur litium battery oorlading gevolg, selfs in die normale lading en ontlading proses, Daar kan ook oortollige litium ione vry na die negatiewe elektrode om dendriete te vorm.Die teoretiese spesifieke energie van litiumkobalaatmateriaal is meer as 270 mah/g, maar die werklike kapasiteit is slegs die helfte van die teoretiese kapasiteit om sy fietsryprestasie te verseker.In die proses van gebruik, as gevolg van een of ander rede (soos skade aan die bestuurstelsel) en die batterylaaispanning te hoog is, sal die oorblywende deel van litium in die positiewe elektrode verwyder word, deur die elektroliet na die negatiewe elektrode-oppervlak in die vorm van litiummetaalafsetting om dendriete te vorm.Dendriete Deur die diafragma deur en skep 'n interne kortsluiting.
Die hoofkomponent van die elektroliet is karbonaat, wat 'n lae vlampunt en 'n lae kookpunt het.Dit sal onder sekere omstandighede brand of selfs ontplof.As die battery oorverhit, sal dit lei tot die oksidasie en vermindering van die karbonaat in die elektroliet, wat baie gas en meer hitte tot gevolg het.As daar geen veiligheidsklep is nie of die gas nie deur die veiligheidsklep vrygestel word nie, sal die interne druk van die battery skerp styg en 'n ontploffing veroorsaak.
Polimeerelektroliet litiumioonbattery los nie die veiligheidsprobleem fundamenteel op nie, litiumkobaltsuur en organiese elektroliet word ook gebruik, en die elektroliet is kolloïdaal, nie maklik om te lek nie, sal meer gewelddadige verbranding voorkom, verbranding is die grootste probleem van polimeerbatteryveiligheid.
Daar is ook 'n paar probleme met die gebruik van die battery.'n Eksterne of interne kortsluiting kan 'n paar honderd ampère van oormatige stroom produseer.Wanneer 'n eksterne kortsluiting plaasvind, ontlaai die battery onmiddellik 'n groot stroom, wat 'n groot hoeveelheid energie verbruik en groot hitte op die interne weerstand opwek.Die interne kortsluiting vorm 'n groot stroom, en die temperatuur styg, wat veroorsaak dat die diafragma smelt en die kortsluitingsarea uitsit en sodoende 'n bose kringloop vorm.
Litium-ioon battery ten einde 'n enkele sel te bereik 3 ~ 4.2V hoë werk spanning, moet neem die ontbinding van die spanning is groter as 2V organiese elektroliet, en die gebruik van organiese elektroliet in 'n hoë stroom, hoë temperatuur toestande sal geelektroliseer word, elektrolitiese gas, wat lei tot verhoogde interne druk, ernstige sal deur die dop breek.
Oorlading kan litiummetaal presipiteer, in die geval van dopbreuk, direkte kontak met lug, wat lei tot verbranding, terselfdertyd ontsteking van elektroliet, sterk vlam, vinnige uitbreiding van gas, ontploffing.
Daarbenewens, vir selfoon litium-ioon battery, as gevolg van onbehoorlike gebruik, soos ekstrusie, impak en water inname lei tot battery uitbreiding, vervorming en krake, ens., wat sal lei tot battery kortsluiting, in die ontlading of laai proses veroorsaak deur hitte-ontploffing.
Veiligheid van litiumbatterye:
Om oorontlading of oorlading wat veroorsaak word deur onbehoorlike gebruik te vermy, is drievoudige beskermingsmeganisme ingestel in enkellitiumioonbattery.Een is die gebruik van skakelelemente, wanneer die temperatuur van die battery styg, sal sy weerstand styg, wanneer die temperatuur te hoog is, sal die kragtoevoer outomaties stop;Die tweede is om die toepaslike partisiemateriaal te kies, wanneer die temperatuur tot 'n sekere waarde styg, sal die mikronporieë op die partisie outomaties oplos, sodat litiumione nie kan slaag nie, die battery interne reaksie stop;Die derde is om die veiligheidsklep op te stel (dit wil sê die ventilasiegat bo-op die battery).Wanneer die interne druk van die battery tot 'n sekere waarde styg, sal die veiligheidsklep outomaties oopmaak om die veiligheid van die battery te verseker.
Soms, hoewel die battery self veiligheidsbeheermaatreëls het, maar as gevolg van sommige redes wat veroorsaak word deur die beheermislukking, het die gebrek aan veiligheidsklep of gas nie tyd om deur die veiligheidsklep vry te laat nie, sal die interne druk van die battery skerp styg en veroorsaak 'n ontploffing.Oor die algemeen is die totale energie wat in litium-ioonbatterye gestoor word omgekeerd eweredig aan hul veiligheid.Soos die kapasiteit van die battery toeneem, neem die volume van die battery ook toe, en die hitte-afvoerprestasie daarvan verswak, en die moontlikheid van ongelukke sal aansienlik toeneem.Vir litium-ioonbatterye wat in selfone gebruik word, is die basiese vereiste dat die waarskynlikheid van veiligheidsongelukke minder as een uit 'n miljoen moet wees, wat ook die minimum standaard is wat vir die publiek aanvaarbaar is.Vir litium-ioonbatterye met groot kapasiteit, veral vir motors, is dit baie belangrik om gedwonge hitte-afvoer aan te neem.
Die keuse van veiliger elektrodemateriale, litiummangaanoksiedmateriaal, in terme van molekulêre struktuur om te verseker dat die litiumione in die positiewe elektrode in volle ladingtoestand heeltemal in die negatiewe koolstofgat ingebed is, vermy die generering van dendriete fundamenteel.Terselfdertyd is die stabiele struktuur van litiummangaansuur, sodat die oksidasieprestasie daarvan veel laer is as litiumkobaltsuur, die ontbindingstemperatuur van litiumkobaltsuur meer as 100 ℃, selfs as gevolg van eksterne eksterne kortsluiting (naalding), eksterne kortsluiting, oorlaai, kan ook heeltemal vermy die gevaar van verbranding en ontploffing veroorsaak deur neerslag litium metaal.
Daarbenewens kan die gebruik van litiummanganaatmateriaal ook die koste aansienlik verminder.
Om die werkverrigting van die bestaande veiligheidsbeheertegnologie te verbeter, moet ons eers die veiligheidsprestasie van litiumioonbatterykern verbeter, wat veral belangrik is vir grootkapasiteitbatterye.Kies 'n diafragma met goeie termiese sluitingprestasie.Die rol van die diafragma is om die positiewe en negatiewe pole van die battery te isoleer terwyl dit die deurgang van litiumione toelaat.Wanneer die temperatuur styg, word die membraan gesluit voordat dit smelt, wat die interne weerstand tot 2 000 ohm verhoog en die interne reaksie afskakel.Wanneer die interne druk of temperatuur die voorafbepaalde standaard bereik, sal die ontploffingsvaste klep oopmaak en begin om druk te verlig om oormatige ophoping van interne gas, vervorming te voorkom, en uiteindelik lei tot dopbars.Verbeter die beheersensitiwiteit, kies meer sensitiewe beheerparameters en neem die gekombineerde beheer van veelvuldige parameters aan (wat veral belangrik is vir batterye met groot kapasiteit).Vir 'n groot kapasiteit litium-ioon battery pak is 'n reeks / parallelle veelvuldige sel samestelling, soos notaboek rekenaar spanning is meer as 10V, groot kapasiteit, oor die algemeen met behulp van 3 tot 4 enkele battery reeks kan voldoen aan die spanning vereistes, en dan 2 tot 3 reekse van batterypak parallel, om groot kapasiteit te verseker.
Die hoëkapasiteit-batterypak self moet toegerus wees met 'n relatief perfekte beskermingsfunksie, en twee soorte stroombaanbordmodules moet ook oorweeg word: ProtecTIONBoardPCB-module en SmartBatteryGaugeBoard-module.Die hele batterybeskermingsontwerp sluit in: vlak 1 beskerming IC (voorkom battery oorlading, oorontlading, kortsluiting), vlak 2 beskerming IC (voorkom tweede oorspanning), lont, LED-aanwyser, temperatuurregulering en ander komponente.Onder die meervlakkige beskermingsmeganisme, selfs in die geval van abnormale kraglaaier en skootrekenaar, kan die skootrekenaarbattery slegs na die outomatiese beskermingstoestand oorgeskakel word.As die situasie nie ernstig is nie, werk dit dikwels normaal nadat dit ingeprop en verwyder is sonder ontploffing.
Die onderliggende tegnologie wat gebruik word in litium-ioonbatterye wat in skootrekenaars en selfone gebruik word, is onveilig, en veiliger strukture moet oorweeg word.
Ten slotte, met die vordering van materiaaltegnologie en die verdieping van mense se begrip van die vereistes vir die ontwerp, vervaardiging, toetsing en gebruik van litiumioonbatterye, sal die toekoms van litiumioonbatterye veiliger word.
Postyd: Mrt-07-2022