Літыевыя батарэі з'яўляюцца самай хуткарослай акумулятарнай сістэмай за апошнія 20 гадоў і шырока выкарыстоўваюцца ў электронных прадуктах.Нядаўні выбух мабільных тэлефонаў і ноўтбукаў - гэта, па сутнасці, выбух батарэі.Як выглядаюць батарэі мабільных тэлефонаў і ноўтбукаў, як яны працуюць, чаму яны выбухаюць і як іх пазбегнуць.
Пабочныя эфекты пачынаюць узнікаць, калі літыевы элемент перазараджаецца да напружання вышэй за 4,2 В.Чым вышэй ціск залішняй зарадкі, тым вышэй рызыка.Пры напружанні вышэй за 4,2 В, калі ў катодным матэрыяле застаецца менш за палову атамаў літыя, назапашвальнік часта разбураецца, што прыводзіць да пастаяннага зніжэння ёмістасці батарэі.Калі зарад працягнецца, наступныя металы літыя будуць назапашвацца на паверхні катоднага матэрыялу, паколькі назапашвальная ячэйка катода ўжо поўная атамаў літыя.Гэтыя атамы літыя растуць дендрытныя крышталі ад паверхні катода ў напрамку іёнаў літыя.Крышталі літыя будуць праходзіць праз паперу дыяфрагмы, замыкаючы анод і катод.Часам акумулятар выбухае яшчэ да кароткага замыкання.Гэта таму, што ў працэсе перазарадкі такія матэрыялы, як электраліты, трэскаюцца з утварэннем газу, які выклікае набраканне і разрыў корпуса батарэі або напорнага клапана, што дазваляе кіслароду ўступіць у рэакцыю з атамамі літыя, назапашанымі на паверхні адмоўнага электрода, і выбухнуць.
Такім чынам, пры зарадцы літыевай батарэі неабходна ўсталяваць верхнюю мяжу напружання, каб улічыць тэрмін службы батарэі, ёмістасць і бяспеку.Верхняя мяжа ідэальнага зараднага напружання складае 4,2 В.Таксама павінна быць ніжняя мяжа напружання, калі літыевыя элементы разраджаюцца.Калі напружанне элемента апускаецца ніжэй за 2,4 В, частка матэрыялу пачынае разбурацца.І таму, што акумулятар будзе саморазряжаться, пастаўце чым даўжэй напружанне будзе ніжэй, таму лепш не разраджаць 2,4 В, каб спыніцца.Ад 3,0 В да 2,4 В літыевыя батарэі вызваляюць толькі каля 3% сваёй ёмістасці.Такім чынам, 3,0 В з'яўляецца ідэальным напругай адсечкі разраду.Пры зарадцы і разрадцы, акрамя абмежавання напружання, неабходна таксама абмежаванне току.Калі ток занадта вялікі, іёны літыя не паспяваюць патрапіць у назапашвальны элемент, будуць назапашвацца на паверхні матэрыялу.
Калі гэтыя іёны атрымліваюць электроны, яны крышталізуюць атамы літыя на паверхні матэрыялу, што можа быць гэтак жа небяспечна, як і перазарад.Калі корпус батарэі зламаецца, яна выбухне.Такім чынам, абарона літый-іённага акумулятара павінна ўключаць як мінімум верхнюю мяжу зараднай напругі, ніжнюю мяжу напружання разрадкі і верхнюю мяжу току.Увогуле, у дадатак да ядра літыевай батарэі, будзе ахоўная пласціна, якая ў асноўным забяспечвае гэтыя тры абароны.Тым не менш, ахоўная пласціна гэтых трох абароны, відавочна, недастаткова, глабальныя падзеі выбуху літыевай батарэі або часта.Для забеспячэння бяспекі акумулятарных сістэм неабходны больш пільны аналіз прычын выбуху акумулятараў.
Прычына выбуху:
1. Вялікая ўнутраная палярызацыя;
2. Полюсны наканечнік паглынае ваду і ўступае ў рэакцыю з электралітным газавым барабанам;
3.Якасць і прадукцыйнасць самога электраліта;
4. Колькасць упырску вадкасці не можа адпавядаць патрабаванням працэсу;
5. Прадукцыйнасць ушчыльнення лазернай зваркі дрэнная ў працэсе падрыхтоўкі, і выяўляецца ўцечка паветра.
6. Пыл і пыл ад полюсных наканечнікаў лёгка спачатку выклікаць мікракароткае замыканне;
7.Пазітыўныя і адмоўныя пласціны тоўшчы, чым дыяпазон працэсу, цяжка абалонкі;
8. Праблема ўшчыльнення ўпырску вадкасці, дрэнная прадукцыйнасць ушчыльнення сталёвага шара прыводзіць да газавага барабана;
9.Shell ўваходны матэрыял сценкі абалонкі занадта тоўстыя, дэфармацыя абалонкі ўплывае на таўшчыню;
10. Высокая тэмпература навакольнага асяроддзя таксама з'яўляецца асноўнай прычынай выбуху.
Тып выбуху
Аналіз тыпу выбуху Тыпы выбуху стрыжня батарэі можна класіфікаваць як знешняе кароткае замыканне, унутранае кароткае замыканне і перазарад.Знешняе тут адносіцца да вонкавага боку элемента, уключаючы кароткае замыканне, выкліканае дрэннай ізаляцыйнай канструкцыяй унутранага акумулятарнага блока.Калі кароткае замыканне адбываецца па-за межамі элемента, і электронныя кампаненты не могуць адключыць ланцуг, элемент будзе выпрацоўваць вялікую тэмпературу ўнутры, у выніку чаго частка электраліта выпараецца, абалонка батарэі.Калі ўнутраная тэмпература батарэі дасягае 135 градусаў па Цэльсію, папера добрай якасці дыяфрагмы закрывае тонкую адтуліну, электрахімічная рэакцыя спыняецца або амаль спыняецца, ток зніжаецца, а тэмпература таксама павольна падае, што дазваляе пазбегнуць выбуху. .Але папера для дыяфрагмы з нізкай хуткасцю закрыцця або тая, якая не зачыняецца наогул, будзе трымаць батарэю ў цяпле, выпараць больш электраліта і, у рэшце рэшт, лопне корпус батарэі, ці нават павысіць тэмпературу батарэі да такой ступені, што матэрыял згарыць і выбухае.Унутранае кароткае замыканне ў асноўным выклікана задзірынамі меднай і алюмініевай фальгі, якія прабіваюць дыяфрагму, або дэндрытнымі крышталямі атамаў літыя, якія прабіваюць дыяфрагму.
Гэтыя малюсенькія іголападобныя металы могуць выклікаць мікракароткія замыканні.Паколькі іголка вельмі тонкая і мае пэўнае значэнне супраціву, ток не абавязкова вельмі вялікі.Задзірыны меднай алюмініевай фальгі ўзнікаюць у працэсе вытворчасці.Назіраная з'ява заключаецца ў тым, што акумулятар выцякае занадта хутка, і большасць з іх могуць быць адсеяны на заводах па вытворчасці клетак або зборачных прадпрыемствах.І паколькі задзірыны невялікія, яны часам згараюць, вяртаючы батарэю да нармальнага стану.Такім чынам, верагоднасць выбуху, выкліканага мікракароткім замыканнем, невысокая.Такое меркаванне, часта можа зараджацца знутры кожнай клетачнай фабрыкі, напружанне на нізкай дрэннай батарэі, але рэдка выбух, атрымаць статыстычную падтрымку.Такім чынам, выбух, выкліканы ўнутраным кароткім замыканнем, у асноўным выкліканы перазарадам.Паколькі на перагружаным заднім электродзе паўсюль размешчаны ігольчастыя крышталі металічнага літыя, усюды ёсць кропкі праколаў, паўсюль адбываецца мікракароткае замыканне.Такім чынам, тэмпература клеткі будзе паступова расці, і, нарэшце, высокая тэмпература будзе газавага электраліта.Гэтая сітуацыя, незалежна ад таго, занадта высокая тэмпература, каб зрабіць выбух згарання матэрыялу, або абалонка была ўпершыню зламаная, так што паветра і металічны літый моцна акісляюцца, з'яўляюцца канцом выбуху.
Але такі выбух, выкліканы ўнутраным кароткім замыканнем, выкліканым празмернай зарадкай, неабавязкова адбываецца ў момант зарадкі.Цалкам магчыма, што спажыўцы спыняць зарадку і дастаюць тэлефоны да таго, як акумулятар разагрэецца да такой ступені, каб спальваць матэрыялы і выпрацоўваць дастаткова газу, каб разарваць корпус акумулятара.Цяпло, якое вылучаецца шматлікімі кароткімі замыканнямі, павольна награвае батарэю і праз некаторы час выбухае.Звычайна спажыўцы апісваюць, што яны ўзялі тэлефон і выявілі, што ён вельмі гарачы, потым выкінулі яго і выбухнулі.Грунтуючыся на вышэйзгаданых тыпах выбуху, мы можам засяродзіцца на прадухіленні перазарадкі, прадухіленні вонкавага кароткага замыкання і павышэнні бяспекі ячэйкі.Сярод іх прадухіленне перазарадкі і вонкавага кароткага замыкання належыць да электроннай абароны, якая ў значнай ступені звязана з канструкцыяй акумулятарнай сістэмы і акумулятарнага блока.Ключавым момантам павышэння бяспекі клетак з'яўляецца хімічная і механічная абарона, якая мае добрыя адносіны з вытворцамі клетак.
Бяспечныя схаваныя непрыемнасці
Бяспека літый-іённага акумулятара звязана не толькі з прыродай самога матэрыялу элемента, але і з тэхналогіяй падрыхтоўкі і выкарыстання акумулятара.Акумулятары мабільных тэлефонаў часта выбухаюць, з аднаго боку, з-за адмовы ахоўнай схемы, але што больш важна, матэрыяльны аспект прынцыпова не вырашыў праблему.
Актыўны матэрыял літыевага катода з кобальтавай кіслатой з'яўляецца вельмі спелай сістэмай у невялікіх батарэях, але пасля поўнай зарадкі на анодзе ўсё яшчэ застаецца шмат іёнаў літыя, пры перазарадцы чакаецца, што іёны літыя, якія застаюцца ў анодзе, сцякаюцца да анода. , утвараецца на катодзе дендрытаў з выкарыстаннем кобальтава-кіслотнай літыевай батарэі, следства перазарадкі, нават у звычайным працэсе зарада і разраду, Там таксама можа быць лішак іёнаў літыя, свабодных да адмоўнага электрода для адукацыі дендрытаў.Тэарэтычная ўдзельная энергія матэрыялу кобалат літыя складае больш за 270 мАг/г, але фактычная ёмістасць складае толькі палову тэарэтычнай магутнасці, каб забяспечыць яго цыклічнасць.У працэсе выкарыстання па нейкай прычыне (напрыклад, пашкоджанне сістэмы кіравання) і напружанне зарадкі батарэі занадта высокае, астатняя частка літыя ў станоўчым электродзе будзе выдалена праз электраліт на паверхню адмоўнага электрода ў форма ападкаў металічнага літыя з адукацыяй дендрытаў.Дэндрытаў Прабіваюць дыяфрагму, ствараючы ўнутранае кароткае замыканне.
Асноўным кампанентам электраліта з'яўляецца карбанат, які мае нізкую тэмпературу ўспышкі і нізкую тэмпературу кіпення.Ён згарыць ці нават выбухне пры пэўных умовах.Калі акумулятар пераграваецца, гэта прывядзе да акіслення і аднаўлення карбанату ў электраліце, што прывядзе да вялікай колькасці газу і большага цяпла.Калі няма ахоўнага клапана або газ не выпускаецца праз ахоўны клапан, унутраны ціск батарэі рэзка ўзрасце і выкліча выбух.
Літый-іённы акумулятар з палімерным электралітам прынцыпова не вырашае праблему бяспекі, таксама выкарыстоўваюцца літый-кобальтавая кіслата і арганічны электраліт, а электраліт з'яўляецца калоідным, не лёгка выцякаць, будзе адбывацца больш бурнае гарэнне, гарэнне з'яўляецца самай вялікай праблемай бяспекі палімерных батарэй.
Ёсць некаторыя праблемы і з выкарыстаннем батарэі.Вонкавае або ўнутранае кароткае замыканне можа выклікаць празмерны ток у некалькі сотняў ампер.Калі адбываецца вонкавае кароткае замыканне, акумулятар імгненна разраджаецца вялікім токам, спажываючы вялікую колькасць энергіі і выдзяляючы велізарнае цяпло на ўнутраным супраціве.Унутранае кароткае замыканне стварае вялікі ток, і тэмпература павышаецца, выклікаючы плаўленне дыяфрагмы і пашырэнне вобласці кароткага замыкання, утвараючы такім чынам заганны круг.
Літый-іённы акумулятар для таго, каб дасягнуць высокага працоўнага напружання адной ячэйкі 3 ~ 4,2 В, неабходна прыняць раскладанне напружання больш за 2 В арганічнага электраліта, і выкарыстанне арганічнага электраліта ва ўмовах моцнага току і высокай тэмпературы будзе падвяргацца электралізу, электралітызму газ, што прыводзіць да павышэння ўнутранага ціску, сур'ёзныя прарвацца праз абалонку.
Залішняя зарадка можа выклікаць асадак металічнага літыя ў выпадку разрыву абалонкі, прамога кантакту з паветрам, што прыводзіць да гарэння, у той жа час узгарання электраліта, моцнага полымя, хуткага пашырэння газу, выбуху.
Акрамя таго, для мабільнага тэлефона літый-іённы акумулятар з-за няправільнага выкарыстання, напрыклад, экструзіі, удару і забору вады, прыводзіць да пашырэння акумулятара, дэфармацыі і парэпання і г.д., што прывядзе да кароткага замыкання акумулятара ў працэсе разрадкі або зарадкі, выкліканага цеплавым выбухам.
Бяспека літыевых батарэй:
Каб пазбегнуць празмернай разрадкі або перазарадкі, выкліканай неналежным выкарыстаннем, у адной літый-іённай батарэі ўсталяваны патройны механізм абароны.Адным з іх з'яўляецца выкарыстанне камутацыйных элементаў, калі тэмпература батарэі павышаецца, яе супраціў будзе расці, калі тэмпература занадта высокая, аўтаматычна спыняецца падача харчавання;Па-другое, трэба выбраць адпаведны матэрыял перагародкі, калі тэмпература павышаецца да пэўнага значэння, мікронныя пары на перагародцы аўтаматычна раствараюцца, так што іёны літыя не могуць прайсці, унутраная рэакцыя батарэі спыняецца;Трэцяе - усталяваць ахоўны клапан (гэта значыць вентыляцыйную адтуліну ў верхняй частцы батарэі).Калі ўнутраны ціск батарэі падымецца да пэўнага значэння, ахоўны клапан адкрыецца аўтаматычна, каб забяспечыць бяспеку батарэі.
Часам, хоць сама батарэя мае меры кантролю бяспекі, але з-за некаторых прычын, выкліканых збоем кіравання, адсутнасцю ахоўнага клапана або газ не паспявае выпусціць праз ахоўны клапан, унутраны ціск батарэі рэзка ўзрасце і выклі выбух.Як правіла, агульная энергія, якая захоўваецца ў літый-іённых батарэях, зваротна прапарцыйная іх бяспекі.Па меры павелічэння ёмістасці акумулятара аб'ём акумулятара таксама павялічваецца, а яго характарыстыкі адводу цяпла пагаршаюцца, і верагоднасць няшчасных выпадкаў значна ўзрастае.Для літый-іённых акумулятараў, якія выкарыстоўваюцца ў мабільных тэлефонах, асноўнае патрабаванне заключаецца ў тым, што верагоднасць няшчасных выпадкаў павінна быць менш за адзін на мільён, што таксама з'яўляецца мінімальным стандартам, прымальным для насельніцтва.Для літый-іённых батарэй вялікай ёмістасці, асабліва для аўтамабіляў, вельмі важна прыняць прымусовае рассейванне цяпла.
Выбар больш бяспечных матэрыялаў для электродаў, аксіду марганца літыя, з пункту гледжання малекулярнай структуры, каб пераканацца, што іёны літыя ў стане поўнага зарада ў станоўчым электродзе былі цалкам убудаваны ў адмоўнае вугляроднае адтуліну, прынцыпова пазбягаючы генерацыі дендрытаў.У той жа час, стабільная структура літый-марганцевой кіслаты, так што яе акісленне значна ніжэй, чым літый-кобальтавая кіслата, тэмпература раскладання літый-кобальтавай кіслаты больш за 100 ℃, нават з-за знешняга знешняга кароткага замыкання (іголкі), знешняга кароткае замыканне, празмерная зарадка, таксама можа цалкам пазбегнуць небяспекі ўзгарання і выбуху, выкліканага выпадзеннем металічнага літыя.
Акрамя таго, выкарыстанне матэрыялу марганца літыя таксама можа значна знізіць кошт.
Каб палепшыць прадукцыйнасць існуючай тэхналогіі кантролю бяспекі, мы павінны спачатку палепшыць характарыстыкі бяспекі літый-іённага акумулятара, што асабліва важна для акумулятараў вялікай ёмістасці.Выберыце дыяфрагму з добрымі характарыстыкамі цеплавога закрыцця.Роля дыяфрагмы заключаецца ў ізаляцыі станоўчых і адмоўных полюсаў батарэі, адначасова дазваляючы праходжанне іёнаў літыя.Калі тэмпература павышаецца, мембрана зачыняецца, перш чым расплавіцца, павялічваючы ўнутраны супраціў да 2000 Ом і спыняючы ўнутраную рэакцыю.Калі ўнутраны ціск або тэмпература дасягаюць зададзенага стандарту, выбухаабаронены клапан адкрыецца і пачне скідаць ціск, каб прадухіліць празмернае назапашванне ўнутранага газу, дэфармацыю і ў канчатковым выніку прывесці да разрыву снарада.Палепшыце адчувальнасць кіравання, выберыце больш адчувальныя параметры кіравання і прыміце камбінаванае кіраванне некалькімі параметрамі (што асабліва важна для акумулятараў вялікай ёмістасці).Літый-іённы акумулятар вялікай ёмістасці ўяўляе сабой паслядоўную/паралельную кампазіцыю з некалькімі элементамі, напрыклад, напружанне ноўтбука больш за 10 В, вялікая ёмістасць, звычайна з выкарыстаннем 3-4 серый адзіночных батарэй можа задаволіць патрабаванні да напружання, а затым 2-3 серыі акумулятар паралельна, каб забяспечыць вялікую ёмістасць.
Сама акумулятарная батарэя вялікай ёмістасці павінна быць абсталявана адносна ідэальнай функцыяй абароны, а таксама варта ўлічваць два віды модуляў друкаванай платы: модуль ProtectIonBoardPCB і модуль SmartBatteryGaugeBoard.Уся канструкцыя абароны батарэі ўключае ў сябе: мікрасхему абароны ўзроўню 1 (прадухіленне перазарадкі батарэі, пераразрадкі, кароткага замыкання), мікрасхему абароны ўзроўню 2 (прадухіленне другога перанапружання), засцерагальнік, святлодыёдны індыкатар, рэгуляванне тэмпературы і іншыя кампаненты.У адпаведнасці з механізмам шматузроўневай абароны, нават у выпадку ненармальнага харчавання зараднай прылады і ноўтбука, акумулятар ноўтбука можа быць пераключаны толькі ў стан аўтаматычнай абароны.Калі сітуацыя несур'ёзная, ён часта працуе нармальна пасля падключэння і выдалення без выбуху.
Тэхналогія, якая ляжыць у аснове літый-іённых акумулятараў, якія выкарыстоўваюцца ў наўтбуках і мабільных тэлефонах, небяспечная, і неабходна разгледзець больш бяспечныя структуры.
У заключэнне, з прагрэсам матэрыяльных тэхналогій і паглыбленнем разумення людзьмі патрабаванняў да распрацоўкі, вытворчасці, выпрабаванняў і выкарыстання літый-іённых батарэй, будучыня літый-іённых батарэй стане больш бяспечнай.
Час публікацыі: 7 сакавіка 2022 г