Bateri litium ialah sistem bateri yang paling pesat berkembang dalam tempoh 20 tahun yang lalu dan digunakan secara meluas dalam produk elektronik.Letupan telefon bimbit dan komputer riba baru-baru ini pada asasnya adalah letupan bateri.Apakah rupa bateri telefon bimbit dan komputer riba, cara ia berfungsi, sebab ia meletup dan cara mengelakkannya.
Kesan sampingan mula berlaku apabila sel litium dicas berlebihan kepada voltan lebih tinggi daripada 4.2V.Semakin tinggi tekanan cas berlebihan, semakin tinggi risikonya.Pada voltan yang lebih tinggi daripada 4.2V, apabila kurang daripada separuh atom litium ditinggalkan dalam bahan katod, sel penyimpanan sering runtuh, menyebabkan penurunan kekal dalam kapasiti bateri.Jika cas berterusan, logam litium seterusnya akan terkumpul di permukaan bahan katod, kerana sel penyimpanan katod sudah penuh dengan atom litium.Atom litium ini menumbuhkan kristal dendritik dari permukaan katod ke arah ion litium.Hablur litium akan melalui kertas diafragma, memendekkan anod dan katod.Kadangkala bateri meletup sebelum litar pintas berlaku.Ini kerana semasa proses cas berlebihan, bahan seperti elektrolit retak untuk menghasilkan gas yang menyebabkan selongsong bateri atau injap tekanan membengkak dan pecah, membolehkan oksigen bertindak balas dengan atom litium yang terkumpul pada permukaan elektrod negatif dan meletup.
Oleh itu, apabila mengecas bateri litium, adalah perlu untuk menetapkan had atas voltan, untuk mengambil kira hayat bateri, kapasiti, dan keselamatan.Had atas voltan pengecasan yang ideal ialah 4.2V.Terdapat juga had voltan yang lebih rendah apabila sel litium dinyahcas.Apabila voltan sel jatuh di bawah 2.4V, beberapa bahan mula rosak.Dan kerana bateri akan nyahcas sendiri, meletakkan lebih lama voltan akan menjadi lebih rendah, oleh itu, adalah yang terbaik untuk tidak melepaskan 2.4V untuk berhenti.Daripada 3.0V hingga 2.4V, bateri litium mengeluarkan hanya kira-kira 3% daripada kapasitinya.Oleh itu, 3.0V ialah voltan pemotongan nyahcas yang ideal.Apabila mengecas dan menyahcas, sebagai tambahan kepada had voltan, had semasa juga diperlukan.Apabila arus terlalu tinggi, ion litium tidak mempunyai masa untuk memasuki sel penyimpanan, akan terkumpul di permukaan bahan.
Apabila ion ini mendapat elektron, ia mengkristalkan atom litium pada permukaan bahan, yang boleh berbahaya seperti pengecasan berlebihan.Jika bekas bateri pecah, ia akan meletup.Oleh itu, perlindungan bateri litium ion hendaklah sekurang-kurangnya termasuk had atas voltan pengecasan, had bawah voltan nyahcas dan had atas arus.Secara umum, sebagai tambahan kepada teras bateri litium, akan ada plat perlindungan, yang terutamanya untuk menyediakan ketiga-tiga perlindungan ini.Walau bagaimanapun, plat perlindungan ketiga-tiga perlindungan ini jelas tidak mencukupi, kejadian letupan bateri litium global atau kerap.Untuk memastikan keselamatan sistem bateri, analisis yang lebih teliti tentang punca letupan bateri diperlukan.
Punca letupan:
1. Polarisasi dalaman yang besar;
2. Kepingan tiang menyerap air dan bertindak balas dengan dram gas elektrolit;
3. Kualiti dan prestasi elektrolit itu sendiri;
4. jumlah suntikan cecair tidak dapat memenuhi keperluan proses;
5. Prestasi pengedap kimpalan laser adalah lemah dalam proses penyediaan, dan kebocoran udara dikesan.
6. Debu dan habuk keping tiang mudah menyebabkan litar pintasan mikro terlebih dahulu;
7. plat positif dan negatif lebih tebal daripada julat proses, sukar untuk shell;
8. Masalah pengedap suntikan cecair, prestasi pengedap yang lemah bola keluli membawa kepada dram gas;
9. shell bahan masuk dinding shell terlalu tebal, ubah bentuk shell menjejaskan ketebalan;
10. Suhu persekitaran yang tinggi di luar juga menjadi punca utama letupan.
Jenis letupan
Analisis jenis letupan Jenis letupan teras bateri boleh dikelaskan sebagai litar pintas luaran, litar pintas dalaman, dan cas berlebihan.Bahagian luar di sini merujuk kepada bahagian luar sel, termasuk litar pintas yang disebabkan oleh reka bentuk penebat yang lemah bagi pek bateri dalaman.Apabila litar pintas berlaku di luar sel, dan komponen elektronik gagal memotong gelung, sel akan menghasilkan haba yang tinggi di dalam, menyebabkan sebahagian daripada elektrolit mengewap, cangkang bateri.Apabila suhu dalaman bateri tinggi hingga 135 darjah Celcius, kertas diafragma yang berkualiti baik akan menutup lubang halus, tindak balas elektrokimia ditamatkan atau hampir ditamatkan, arus menjunam, dan suhu juga turun perlahan-lahan, dengan itu mengelakkan letupan. .Tetapi kertas diafragma dengan kadar penutup yang lemah, atau yang tidak menutup sama sekali, akan memastikan bateri panas, mengewapkan lebih banyak elektrolit, dan akhirnya pecah selongsong bateri, atau bahkan menaikkan suhu bateri ke tahap bahan terbakar. dan meletup.Litar pintas dalaman terutamanya disebabkan oleh burr kerajang tembaga dan kerajang aluminium yang menembusi diafragma, atau kristal dendritik atom litium yang menembusi diafragma.
Logam kecil seperti jarum ini boleh menyebabkan litar mikroshort.Kerana jarum sangat nipis dan mempunyai nilai rintangan tertentu, arus tidak semestinya sangat besar.Burr kerajang aluminium kuprum disebabkan dalam proses pengeluaran.Fenomena yang diperhatikan ialah bateri bocor terlalu cepat, dan kebanyakannya boleh disaring oleh kilang sel atau kilang pemasangan.Dan kerana burr kecil, ia kadang-kadang terbakar, menjadikan bateri kembali normal.Oleh itu, kebarangkalian letupan yang disebabkan oleh litar pintas mikro burr adalah tidak tinggi.Pandangan sedemikian, sering boleh mengecas dari dalam setiap kilang sel, voltan pada bateri yang buruk rendah, tetapi jarang letupan, mendapatkan sokongan statistik.Oleh itu, letupan yang disebabkan oleh litar pintas dalaman adalah disebabkan terutamanya oleh caj berlebihan.Oleh kerana terdapat kristal logam litium seperti jarum di mana-mana pada helaian elektrod belakang yang dicas terlebih dahulu, titik tusukan ada di mana-mana, dan litar pintas mikro berlaku di mana-mana.Oleh itu, suhu sel akan meningkat secara beransur-ansur, dan akhirnya suhu tinggi akan gas elektrolit.Keadaan ini, sama ada suhu terlalu tinggi untuk membuat bahan letupan pembakaran, atau shell pertama kali pecah, supaya udara dalam dan logam litium pengoksidaan sengit, adalah akhir letupan.
Tetapi letupan sedemikian, yang disebabkan oleh litar pintas dalaman yang disebabkan oleh pengecasan berlebihan, tidak semestinya berlaku pada masa pengecasan.Ada kemungkinan pengguna akan berhenti mengecas dan mengeluarkan telefon mereka sebelum bateri cukup panas untuk membakar bahan dan menghasilkan gas yang mencukupi untuk memecahkan selongsong bateri.Haba yang dijana oleh pelbagai litar pintas perlahan-lahan memanaskan bateri dan, selepas beberapa lama, meletup.Perihalan biasa pengguna ialah mereka mengambil telefon dan mendapati ia sangat panas, kemudian membuangnya dan meletup.Berdasarkan jenis letupan di atas, kita boleh memberi tumpuan kepada pencegahan caj berlebihan, pencegahan litar pintas luaran, dan meningkatkan keselamatan sel.Antaranya, pencegahan caj berlebihan dan litar pintas luaran tergolong dalam perlindungan elektronik, yang sangat berkaitan dengan reka bentuk sistem bateri dan pek bateri.Perkara utama peningkatan keselamatan sel ialah perlindungan kimia dan mekanikal, yang mempunyai hubungan yang baik dengan pengeluar sel.
Masalah tersembunyi yang selamat
Keselamatan bateri lithium ion bukan sahaja berkaitan dengan sifat bahan sel itu sendiri, tetapi juga berkaitan dengan teknologi penyediaan dan penggunaan bateri.Bateri telefon mudah alih kerap meletup, di satu pihak, disebabkan oleh kegagalan litar perlindungan, tetapi yang lebih penting, aspek material tidak menyelesaikan masalah secara asasnya.
Bahan aktif katod litium asid kobalt adalah sistem yang sangat matang dalam bateri kecil, tetapi selepas cas penuh, masih terdapat banyak ion litium di anod, apabila cas berlebihan, kekal dalam anod ion litium dijangka berkumpul ke anod , dibentuk pada dendrit katod menggunakan asid kobalt litium bateri overcharge corollary, walaupun dalam proses cas dan nyahcas biasa, Mungkin juga terdapat lebihan ion litium bebas ke elektrod negatif untuk membentuk dendrit.Tenaga khusus teori bahan litium kobalt adalah lebih daripada 270 mah/g, tetapi kapasiti sebenar hanya separuh daripada kapasiti teori untuk memastikan prestasi berbasikalnya.Dalam proses penggunaan, atas sebab tertentu (seperti kerosakan pada sistem pengurusan) dan voltan pengecasan bateri terlalu tinggi, baki bahagian litium dalam elektrod positif akan dikeluarkan, melalui elektrolit ke permukaan elektrod negatif dalam bentuk pemendapan logam litium untuk membentuk dendrit.Dendrit Menusuk diafragma, mewujudkan litar pintas dalaman.
Komponen utama elektrolit ialah karbonat, yang mempunyai takat kilat yang rendah dan takat didih yang rendah.Ia akan terbakar atau meletup dalam keadaan tertentu.Jika bateri terlalu panas, ia akan menyebabkan pengoksidaan dan pengurangan karbonat dalam elektrolit, mengakibatkan banyak gas dan lebih banyak haba.Jika tiada injap keselamatan atau gas tidak dilepaskan melalui injap keselamatan, tekanan dalaman bateri akan meningkat dengan mendadak dan menyebabkan letupan.
Bateri ion litium elektrolit polimer tidak secara asasnya menyelesaikan masalah keselamatan, asid litium kobalt dan elektrolit organik juga digunakan, dan elektrolit adalah koloid, tidak mudah bocor, akan berlaku pembakaran yang lebih ganas, pembakaran adalah masalah terbesar keselamatan bateri polimer.
Terdapat juga beberapa masalah dengan penggunaan bateri.Litar pintas luaran atau dalaman boleh menghasilkan beberapa ratus ampere arus berlebihan.Apabila litar pintas luaran berlaku, bateri serta-merta mengeluarkan arus yang besar, memakan sejumlah besar tenaga dan menjana haba yang besar pada rintangan dalaman.Litar pintas dalaman membentuk arus yang besar, dan suhu meningkat, menyebabkan diafragma cair dan kawasan litar pintas mengembang, sekali gus membentuk kitaran ganas.
Bateri litium ion untuk mencapai satu sel 3 ~ 4.2V voltan kerja tinggi, mesti mengambil penguraian voltan adalah lebih besar daripada 2V elektrolit organik, dan penggunaan elektrolit organik dalam arus tinggi, keadaan suhu tinggi akan elektrolisis, elektrolitik gas, mengakibatkan tekanan dalaman meningkat, serius akan menembusi shell.
Caj berlebihan boleh memendakan logam litium, dalam kes pecah cangkang, sentuhan langsung dengan udara, mengakibatkan pembakaran, pada masa yang sama elektrolit pencucuhan, nyalaan kuat, pengembangan pesat gas, letupan.
Di samping itu, untuk bateri litium ion telefon bimbit, disebabkan penggunaan yang tidak betul, seperti penyemperitan, hentaman dan pengambilan air membawa kepada pengembangan bateri, ubah bentuk dan keretakan, dan lain-lain, yang akan membawa kepada litar pintas bateri, dalam proses pelepasan atau pengecasan yang disebabkan oleh letupan haba.
Keselamatan bateri litium:
Untuk mengelakkan overdischarge atau overcharge yang disebabkan oleh penggunaan yang tidak betul, mekanisme perlindungan tiga kali ganda ditetapkan dalam bateri ion litium tunggal.Salah satunya ialah penggunaan elemen pensuisan, apabila suhu bateri meningkat, rintangannya akan meningkat, apabila suhu terlalu tinggi, secara automatik akan menghentikan bekalan kuasa;Yang kedua ialah memilih bahan partition yang sesuai, apabila suhu meningkat kepada nilai tertentu, liang mikron pada partition akan secara automatik larut, supaya ion litium tidak boleh lulus, tindak balas dalaman bateri berhenti;Yang ketiga ialah menyediakan injap keselamatan (iaitu, lubang bolong di bahagian atas bateri).Apabila tekanan dalaman bateri meningkat kepada nilai tertentu, injap keselamatan akan terbuka secara automatik untuk memastikan keselamatan bateri.
Kadang-kadang, walaupun bateri itu sendiri mempunyai langkah kawalan keselamatan, tetapi kerana beberapa sebab yang disebabkan oleh kegagalan kawalan, kekurangan injap keselamatan atau gas tidak mempunyai masa untuk melepaskan melalui injap keselamatan, tekanan dalaman bateri akan meningkat dengan mendadak dan menyebabkan satu letupan.Secara amnya, jumlah tenaga yang disimpan dalam bateri litium-ion adalah berkadar songsang dengan keselamatannya.Apabila kapasiti bateri meningkat, isipadu bateri juga meningkat, dan prestasi pelesapan habanya merosot, dan kemungkinan kemalangan akan meningkat dengan ketara.Untuk bateri litium-ion yang digunakan dalam telefon bimbit, keperluan asas ialah kebarangkalian kemalangan keselamatan harus kurang daripada satu dalam sejuta, yang juga merupakan standard minimum yang boleh diterima oleh orang ramai.Untuk bateri litium-ion berkapasiti besar, terutamanya untuk kereta, adalah sangat penting untuk menggunakan pelesapan haba paksa.
Pemilihan bahan elektrod yang lebih selamat, bahan litium mangan oksida, dari segi struktur molekul untuk memastikan bahawa dalam keadaan cas penuh, ion litium dalam elektrod positif telah tertanam sepenuhnya ke dalam lubang karbon negatif, pada asasnya mengelakkan penjanaan dendrit.Pada masa yang sama, struktur stabil asid litium mangan, supaya prestasi pengoksidaannya jauh lebih rendah daripada asid litium kobalt, suhu penguraian asid litium kobalt lebih daripada 100 ℃, walaupun kerana litar pintas luaran luaran (needling), luaran litar pintas, pengecasan berlebihan, juga boleh mengelakkan sepenuhnya bahaya pembakaran dan letupan yang disebabkan oleh logam litium termendak.
Di samping itu, penggunaan bahan litium manganat juga boleh mengurangkan kos.
Untuk meningkatkan prestasi teknologi kawalan keselamatan sedia ada, kita mesti terlebih dahulu meningkatkan prestasi keselamatan teras bateri ion litium, yang amat penting untuk bateri berkapasiti besar.Pilih diafragma dengan prestasi penutupan haba yang baik.Peranan diafragma adalah untuk mengasingkan kutub positif dan negatif bateri sambil membenarkan laluan ion litium.Apabila suhu meningkat, membran ditutup sebelum ia cair, meningkatkan rintangan dalaman kepada 2,000 ohm dan menutup tindak balas dalaman.Apabila tekanan atau suhu dalaman mencapai standard yang telah ditetapkan, injap kalis letupan akan terbuka dan mula melegakan tekanan untuk mengelakkan pengumpulan berlebihan gas dalaman, ubah bentuk, dan akhirnya membawa kepada pecah cangkang.Tingkatkan sensitiviti kawalan, pilih parameter kawalan yang lebih sensitif dan pakai kawalan gabungan berbilang parameter (yang amat penting untuk bateri berkapasiti besar).Untuk pek bateri litium ion kapasiti besar ialah komposisi sel berbilang siri/selari, seperti voltan komputer notebook lebih daripada 10V, kapasiti besar, secara amnya menggunakan 3 hingga 4 siri bateri tunggal boleh memenuhi keperluan voltan, dan kemudian 2 hingga 3 siri pek bateri selari, untuk memastikan kapasiti yang besar.
Pek bateri berkapasiti tinggi itu sendiri mesti dilengkapi dengan fungsi perlindungan yang agak sempurna, dan dua jenis modul papan litar juga harus dipertimbangkan: Modul ProtecTIonBoardPCB dan modul SmartBatteryGaugeBoard.Keseluruhan reka bentuk perlindungan bateri termasuk: IC perlindungan tahap 1 (mencegah cas berlebihan bateri, nyahcas berlebihan, litar pintas), IC perlindungan tahap 2 (mencegah voltan lampau kedua), fius, penunjuk LED, peraturan suhu dan komponen lain.Di bawah mekanisme perlindungan berbilang peringkat, walaupun dalam kes pengecas kuasa dan komputer riba yang tidak normal, bateri komputer riba hanya boleh ditukar kepada keadaan perlindungan automatik.Jika keadaan tidak serius, ia selalunya berfungsi seperti biasa selepas dipalam dan dikeluarkan tanpa letupan.
Teknologi asas yang digunakan dalam bateri litium-ion yang digunakan dalam komputer riba dan telefon mudah alih adalah tidak selamat, dan struktur yang lebih selamat perlu dipertimbangkan.
Kesimpulannya, dengan kemajuan teknologi bahan dan pendalaman pemahaman orang ramai tentang keperluan untuk reka bentuk, pembuatan, ujian dan penggunaan bateri lithium ion, masa depan bateri lithium ion akan menjadi lebih selamat.
Masa siaran: Mac-07-2022