Bateritë e litiumit janë sistemi i baterive me rritje më të shpejtë në 20 vitet e fundit dhe përdoren gjerësisht në produktet elektronike.Shpërthimi i fundit i telefonave celularë dhe laptopëve është në thelb një shpërthim baterie.Si duken bateritë e celularëve dhe laptopëve, si funksionojnë, pse shpërthejnë dhe si t'i shmangni ato.
Efektet anësore fillojnë të ndodhin kur qeliza e litiumit mbingarkohet në një tension më të lartë se 4.2 V.Sa më i lartë të jetë presioni i mbingarkesës, aq më i lartë është rreziku.Në tensione më të larta se 4.2 V, kur më pak se gjysma e atomeve të litiumit mbeten në materialin katodë, qeliza e ruajtjes shpesh shembet, duke shkaktuar një rënie të përhershme të kapacitetit të baterisë.Nëse ngarkesa vazhdon, metalet e mëvonshme të litiumit do të grumbullohen në sipërfaqen e materialit të katodës, pasi qeliza e ruajtjes së katodës është tashmë plot me atome litium.Këto atome litiumi rritin kristale dendritike nga sipërfaqja e katodës në drejtim të joneve të litiumit.Kristalet e litiumit do të kalojnë përmes letrës së diafragmës, duke shkurtuar anodën dhe katodën.Ndonjëherë bateria shpërthen përpara se të ndodhë një qark i shkurtër.Kjo për shkak se gjatë procesit të mbingarkesës, materiale të tilla si elektrolitet plasariten për të prodhuar gaz që bën që kutia e baterisë ose valvula e presionit të bymehet dhe të shpërthejë, duke lejuar që oksigjeni të reagojë me atomet e litiumit të grumbulluar në sipërfaqen e elektrodës negative dhe të shpërthejë.
Prandaj, gjatë karikimit të baterisë së litiumit, është e nevojshme të vendosni kufirin e sipërm të tensionit, duke marrë parasysh jetëgjatësinë, kapacitetin dhe sigurinë e baterisë.Kufiri ideal i sipërm i tensionit të karikimit është 4.2 V.Duhet të ketë gjithashtu një kufi më të ulët të tensionit kur qelizat e litiumit shkarkohen.Kur tensioni i qelizës bie nën 2.4 V, një pjesë e materialit fillon të prishet.Dhe për shkak se bateria do të shkarkohet vetë, vendoseni sa më gjatë të jetë më i ulët voltazhi, prandaj është mirë të mos shkarkoni 2.4V për të ndaluar.Nga 3.0V në 2.4V, bateritë e litiumit çlirojnë vetëm rreth 3% të kapacitetit të tyre.Prandaj, 3.0V është një tension ideal i ndërprerjes së shkarkimit.Gjatë karikimit dhe shkarkimit, përveç kufirit të tensionit, është i nevojshëm edhe kufiri i rrymës.Kur rryma është shumë e lartë, jonet e litiumit nuk kanë kohë të hyjnë në qelizën e ruajtjes, do të grumbullohen në sipërfaqen e materialit.
Ndërsa këto jone fitojnë elektrone, ato kristalizojnë atomet e litiumit në sipërfaqen e materialit, gjë që mund të jetë po aq e rrezikshme sa ngarkimi i tepërt.Nëse kutia e baterisë prishet, ajo do të shpërthejë.Prandaj, mbrojtja e baterisë së joneve të litiumit duhet të përfshijë të paktën kufirin e sipërm të tensionit të karikimit, kufirin e poshtëm të tensionit të shkarkimit dhe kufirin e sipërm të rrymës.Në përgjithësi, përveç bërthamës së baterisë së litiumit, do të ketë një pllakë mbrojtëse, e cila kryesisht duhet të sigurojë këto tre mbrojtje.Megjithatë, pllaka mbrojtëse e këtyre tre mbrojtjes është e qartë se nuk është e mjaftueshme, ngjarjet globale të shpërthimit të baterisë litium ose të shpeshta.Për të garantuar sigurinë e sistemeve të baterive, nevojitet një analizë më e kujdesshme e shkakut të shpërthimit të baterive.
Shkaku i shpërthimit:
1. Polarizimi i madh i brendshëm;
2. Pjesa e shtyllës thith ujin dhe reagon me kazanin e gazit elektrolit;
3. Cilësia dhe performanca e vetë elektrolitit;
4. Sasia e injektimit të lëngshëm nuk mund të plotësojë kërkesat e procesit;
5. Performanca e vulës së saldimit me lazer është e dobët në procesin e përgatitjes dhe zbulohet rrjedhja e ajrit.
6. Pluhuri dhe pluhuri i pjesëve të shtyllave janë të lehta për t'u shkaktuar fillimisht qark mikroshkurtër;
7. Pllakë pozitive dhe negative më e trashë se diapazoni i procesit, i vështirë për t'u prerë;
8. Problemi i vulosjes së injektimit të lëngshëm, performanca e dobët e vulosjes së topit të çelikut çon në daulle gazi;
9. Muri i predhës së materialit hyrës të guaskës është shumë i trashë, deformimi i guaskës ndikon në trashësinë;
10. Temperatura e lartë e ambientit jashtë është edhe shkaku kryesor i shpërthimit.
Lloji i shpërthimit
Analiza e llojit të shpërthimit Llojet e shpërthimit të bërthamës së baterisë mund të klasifikohen si qark i shkurtër i jashtëm, qark i shkurtër i brendshëm dhe mbingarkesë.E jashtme këtu i referohet pjesës së jashtme të qelizës, duke përfshirë qarkun e shkurtër të shkaktuar nga dizajni i dobët i izolimit të paketës së brendshme të baterisë.Kur ndodh një qark i shkurtër jashtë qelizës dhe komponentët elektronikë nuk arrijnë të ndërpresin lakin, qeliza do të gjenerojë nxehtësi të lartë brenda, duke shkaktuar avullimin e një pjese të elektrolitit, guaskës së baterisë.Kur temperatura e brendshme e baterisë është e lartë në 135 gradë Celsius, letra e diafragmës me cilësi të mirë do të mbyllë vrimën e imët, reaksioni elektrokimik përfundon ose pothuajse përfundon, rryma bie dhe temperatura gjithashtu bie ngadalë, duke shmangur kështu shpërthimin. .Por një letër diafragme me një shpejtësi të dobët mbylljeje, ose ajo që nuk mbyllet fare, do ta mbajë baterinë të ngrohtë, do të avullojë më shumë elektrolit dhe përfundimisht do të shpërthejë kutinë e baterisë ose madje do të rrisë temperaturën e baterisë deri në pikën ku materiali digjet. dhe shpërthen.Qarku i shkurtër i brendshëm shkaktohet kryesisht nga gërvishtja e fletës së bakrit dhe fletës së aluminit që shpojnë diafragmën, ose kristalet dendritike të atomeve të litiumit që shpojnë diafragmën.
Këto metale të vogla, të ngjashme me gjilpërën, mund të shkaktojnë qarqe të vogla të shkurtra.Për shkak se gjilpëra është shumë e hollë dhe ka një vlerë të caktuar rezistence, rryma nuk është domosdoshmërisht shumë e madhe.Rrjedhjet e letrës së aluminit të bakrit shkaktohen në procesin e prodhimit.Fenomeni i vërejtur është se bateria rrjedh shumë shpejt dhe shumica e tyre mund të kontrollohen nga fabrikat e qelizave ose fabrikat e montimit.Dhe për shkak se gërvishtjet janë të vogla, ato ndonjëherë digjen, duke e kthyer baterinë në normalitet.Prandaj, probabiliteti i shpërthimit të shkaktuar nga qarku i shkurtër i mikroburrit nuk është i lartë.Një pamje e tillë, shpesh mund të ngarkuar nga brenda çdo fabrikë qelizë, tensioni në baterinë e ulët të keqe, por rrallë shpërthim, të marrë mbështetje statistikore.Prandaj, shpërthimi i shkaktuar nga qarku i shkurtër i brendshëm është shkaktuar kryesisht nga mbingarkesa.Për shkak se ka kristale metalike të litiumit në formë gjilpërash kudo në fletën e mbingarkuar të elektrodës së pasme, pikat e shpimit janë kudo dhe qarku mikro i shkurtër ndodh kudo.Prandaj, temperatura e qelizës do të rritet gradualisht, dhe në fund temperatura e lartë do të elektrolitojë gaz.Kjo situatë, nëse temperatura është shumë e lartë për të bërë shpërthimin e djegies së materialit, ose guaska u thye fillimisht, në mënyrë që ajri brenda dhe oksidimi i ashpër i metalit litium, janë fundi i shpërthimit.
Por një shpërthim i tillë, i shkaktuar nga një qark i shkurtër i brendshëm i shkaktuar nga mbingarkesa, nuk ndodh domosdoshmërisht në momentin e karikimit.Është e mundur që konsumatorët të ndalojnë karikimin dhe t'i heqin telefonat e tyre përpara se bateria të nxehet mjaftueshëm për të djegur materialet dhe për të prodhuar gaz të mjaftueshëm për të shpërthyer kutinë e baterisë.Nxehtësia e krijuar nga qarqet e shumta të shkurtra e ngroh ngadalë baterinë dhe, pas njëfarë kohe, shpërthen.Përshkrimi i zakonshëm i konsumatorëve është se ata e morën telefonin dhe e panë se ishte shumë nxehtë, pastaj e hodhën dhe shpërtheu.Bazuar në llojet e mësipërme të shpërthimit, ne mund të përqendrohemi në parandalimin e mbingarkesës, parandalimin e qarkut të shkurtër të jashtëm dhe përmirësimin e sigurisë së qelizës.Midis tyre, parandalimi i mbingarkesës dhe qarkut të shkurtër të jashtëm i përket mbrojtjes elektronike, e cila lidhet shumë me hartimin e sistemit të baterisë dhe paketës së baterisë.Pika kryesore e përmirësimit të sigurisë së qelizave është mbrojtja kimike dhe mekanike, e cila ka një marrëdhënie të shkëlqyer me prodhuesit e qelizave.
Telashe të sigurta të fshehura
Siguria e baterisë me jon litium nuk lidhet vetëm me natyrën e vetë materialit të qelizës, por edhe me teknologjinë e përgatitjes dhe përdorimin e baterisë.Bateritë e telefonave celularë shpërthejnë shpesh, nga njëra anë, për shkak të dështimit të qarkut mbrojtës, por më e rëndësishmja, aspekti material nuk e ka zgjidhur rrënjësisht problemin.
Materiali aktiv i katodës së litiumit të acidit kobalt është një sistem shumë i pjekur në bateri të vogla, por pas një ngarkimi të plotë, ka ende shumë jone litium në anodë, kur mbingarkohen, të mbetura në anodën e joneve të litiumit pritet të grumbullohen në anodë. , është formuar në dendrit katodë është duke përdorur acid kobalt litium mbingarkimin e baterisë rrjedhojë, edhe në procesin normal të ngarkuar dhe shkarkimit, Mund të ketë gjithashtu jonet e tepërta të litiumit të lirë në elektrodën negative për të formuar dendritet.Energjia specifike teorike e materialit kobalat të litiumit është më shumë se 270 mah/g, por kapaciteti aktual është vetëm gjysma e kapacitetit teorik për të siguruar performancën e tij në çiklizëm.Në procesin e përdorimit, për shkak të ndonjë arsyeje (si dëmtimi i sistemit të menaxhimit) dhe tensioni i karikimit të baterisë është shumë i lartë, pjesa e mbetur e litiumit në elektrodën pozitive do të hiqet, përmes elektrolitit në sipërfaqen e elektrodës negative në forma e depozitimit të metalit të litiumit për të formuar dendritet.Dendritet shpojnë diafragmën, duke krijuar një qark të shkurtër të brendshëm.
Përbërësi kryesor i elektrolitit është karbonati, i cili ka një pikë të ulët ndezjeje dhe një pikë të ulët vlimi.Do të digjet apo edhe do të shpërthejë në kushte të caktuara.Nëse bateria mbinxehet, kjo do të çojë në oksidimin dhe reduktimin e karbonatit në elektrolit, duke rezultuar në shumë gaz dhe më shumë nxehtësi.Nëse nuk ka valvul sigurie ose gazi nuk lëshohet përmes valvulës së sigurisë, presioni i brendshëm i baterisë do të rritet ndjeshëm dhe do të shkaktojë një shpërthim.
Bateria e joneve të litiumit të elektrolitit polimer nuk zgjidh rrënjësisht problemin e sigurisë, përdoret gjithashtu acidi litium kobalt dhe elektrolit organik, dhe elektroliti është koloidal, nuk rrjedh lehtë, do të ndodhë djegie më e dhunshme, djegia është problemi më i madh i sigurisë së baterisë polimer.
Ka edhe disa probleme me përdorimin e baterisë.Një qark i shkurtër i jashtëm ose i brendshëm mund të prodhojë disa qindra amper rrymë të tepërt.Kur ndodh një qark i shkurtër i jashtëm, bateria shkarkon në çast një rrymë të madhe, duke konsumuar një sasi të madhe energjie dhe duke gjeneruar nxehtësi të madhe në rezistencën e brendshme.Qarku i shkurtër i brendshëm formon një rrymë të madhe dhe temperatura rritet, duke bërë që diafragma të shkrihet dhe zona e qarkut të shkurtër të zgjerohet, duke formuar kështu një rreth vicioz.
Bateria litium jon në mënyrë që të arrihet një qelizë e vetme 3 ~ 4.2V tension të lartë pune, duhet të marrë dekompozimi i tensionit është më i madh se 2V elektrolit organik, dhe përdorimi i elektrolitit organik në kushte të rrymës së lartë, temperaturë të lartë do të elektrolizohet, elektrolitike gazi, duke rezultuar në rritjen e presionit të brendshëm, serioz do të depërtojë përmes guaskës.
Mbingarkimi mund të precipitojë metal litium, në rastin e këputjes së guaskës, kontaktit të drejtpërdrejtë me ajrin, duke rezultuar në djegie, në të njëjtën kohë elektrolit ndezës, flakë të fortë, zgjerim të shpejtë të gazit, shpërthim.
Përveç kësaj, për baterinë litium-jon të telefonit celular, për shkak të përdorimit të pahijshëm, si nxjerrja, ndikimi dhe marrja e ujit çojnë në zgjerimin e baterisë, deformimin dhe plasaritjen, etj., gjë që do të çojë në qark të shkurtër të baterisë, në procesin e shkarkimit ose karikimit të shkaktuar nga shpërthimi i nxehtësisë.
Siguria e baterive litium:
Për të shmangur shkarkimin e tepërt ose mbingarkimin e shkaktuar nga përdorimi jo i duhur, mekanizmi i mbrojtjes së trefishtë është vendosur në një bateri të vetme litium-jon.Njëra është përdorimi i elementeve komutues, kur temperatura e baterisë rritet, rezistenca e saj do të rritet, kur temperatura është shumë e lartë, automatikisht do të ndalojë furnizimin me energji elektrike;E dyta është të zgjidhni materialin e duhur të ndarjes, kur temperatura rritet në një vlerë të caktuar, poret mikron në ndarje do të shpërndahen automatikisht, në mënyrë që jonet e litiumit të mos kalojnë, reagimi i brendshëm i baterisë ndalet;E treta është vendosja e valvulës së sigurisë (d.m.th., vrima e ventilimit në pjesën e sipërme të baterisë).Kur presioni i brendshëm i baterisë rritet në një vlerë të caktuar, valvula e sigurisë do të hapet automatikisht për të siguruar sigurinë e baterisë.
Ndonjëherë, megjithëse vetë bateria ka masa kontrolli sigurie, por për disa arsye të shkaktuara nga dështimi i kontrollit, mungesa e valvulës së sigurisë ose gazit nuk ka kohë të lëshohet përmes valvulës së sigurisë, presioni i brendshëm i baterisë do të rritet ndjeshëm dhe do të shkaktojë një shpërthim.Në përgjithësi, energjia totale e ruajtur në bateritë litium-jon është në përpjesëtim të zhdrejtë me sigurinë e tyre.Ndërsa kapaciteti i baterisë rritet, vëllimi i baterisë gjithashtu rritet, dhe performanca e saj e shpërndarjes së nxehtësisë përkeqësohet dhe mundësia e aksidenteve do të rritet shumë.Për bateritë litium-jon të përdorura në telefonat celularë, kërkesa bazë është që probabiliteti i aksidenteve të sigurisë duhet të jetë më pak se një në një milion, që është gjithashtu standardi minimal i pranueshëm për publikun.Për bateritë litium-jon me kapacitet të madh, veçanërisht për automobilat, është shumë e rëndësishme të miratohet shpërndarja e detyruar e nxehtësisë.
Përzgjedhja e materialeve më të sigurta të elektrodës, materiali i oksidit të litiumit të manganit, për sa i përket strukturës molekulare për të siguruar që në gjendjen e ngarkesës së plotë, jonet e litiumit në elektrodën pozitive të jenë futur plotësisht në vrimën negative të karbonit, në thelb shmang gjenerimin e dendriteve.Në të njëjtën kohë, struktura e qëndrueshme e acidit litium mangan, në mënyrë që performanca e tij e oksidimit është shumë më e ulët se acidi litium kobalt, temperatura e dekompozimit të acidit litium kobalt është më shumë se 100℃, edhe për shkak të qarkut të shkurtër të jashtëm të jashtëm (gjilpërës), i jashtëm qarku i shkurtër, mbingarkesa, gjithashtu mund të shmangë plotësisht rrezikun e djegies dhe shpërthimit të shkaktuar nga metali litium i precipituar.
Përveç kësaj, përdorimi i materialit të manganatit të litiumit gjithashtu mund të zvogëlojë shumë koston.
Për të përmirësuar performancën e teknologjisë ekzistuese të kontrollit të sigurisë, së pari duhet të përmirësojmë performancën e sigurisë së bërthamës së baterisë me jon litium, e cila është veçanërisht e rëndësishme për bateritë me kapacitet të madh.Zgjidhni një diafragmë me performancë të mirë të mbylljes termike.Roli i diafragmës është të izolojë polet pozitive dhe negative të baterisë duke lejuar kalimin e joneve të litiumit.Kur temperatura rritet, membrana mbyllet para se të shkrihet, duke rritur rezistencën e brendshme në 2000 ohms dhe duke mbyllur reaksionin e brendshëm.Kur presioni i brendshëm ose temperatura arrin standardin e paracaktuar, valvula rezistente ndaj shpërthimit do të hapet dhe do të fillojë të lehtësojë presionin për të parandaluar akumulimin e tepërt të gazit të brendshëm, deformimin dhe përfundimisht të çojë në shpërthimin e guaskës.Përmirësoni ndjeshmërinë e kontrollit, zgjidhni parametra më të ndjeshëm të kontrollit dhe adoptoni kontrollin e kombinuar të parametrave të shumtë (i cili është veçanërisht i rëndësishëm për bateritë me kapacitet të madh).Për kapacitet të madh, paketa e baterisë me jon litium është një përbërje me shumë qeliza seri/paralele, të tilla si voltazhi i kompjuterit fletore është më shumë se 10 V, kapaciteti i madh, përgjithësisht duke përdorur 3 deri në 4 seri të vetme baterish mund të plotësojnë kërkesat e tensionit, dhe më pas 2 deri në 3 seri të paketë baterie paralele, për të siguruar kapacitet të madh.
Vetë paketa e baterisë me kapacitet të lartë duhet të jetë e pajisur me një funksion mbrojtjeje relativisht të përsosur dhe duhet të merren parasysh edhe dy lloje modulesh të tabelës së qarkut: Moduli ProtecTIonBoardPCB dhe moduli SmartBatteryGaugeBoard.I gjithë dizajni i mbrojtjes së baterisë përfshin: IC të mbrojtjes së nivelit 1 (parandalimi i mbingarkesës së baterisë, shkarkimi i tepërt, qarku i shkurtër), IC i mbrojtjes së nivelit 2 (parandalimi i mbitensionit të dytë), siguresa, treguesi LED, rregullimi i temperaturës dhe komponentë të tjerë.Nën mekanizmin e mbrojtjes me shumë nivele, edhe në rastin e ngarkuesit dhe laptopit jonormal të energjisë, bateria e laptopit mund të kalojë vetëm në gjendjen e mbrojtjes automatike.Nëse situata nuk është serioze, shpesh funksionon normalisht pasi është futur në prizë dhe hiqet pa shpërthim.
Teknologjia bazë e përdorur në bateritë litium-jon të përdorura në laptopë dhe telefona celularë është e pasigurt dhe duhet të merren parasysh strukturat më të sigurta.
Si përfundim, me përparimin e teknologjisë materiale dhe thellimin e të kuptuarit të njerëzve për kërkesat për projektimin, prodhimin, testimin dhe përdorimin e baterive me jon litium, e ardhmja e baterive me jon litium do të bëhet më e sigurt.
Koha e postimit: Mar-07-2022