Lityum batareyalar so'nggi 20 yil ichida eng tez rivojlanayotgan batareya tizimi bo'lib, elektron mahsulotlarda keng qo'llaniladi.Yaqinda uyali telefonlar va noutbuklarning portlashi aslida batareya portlashidir.Mobil telefon va noutbuk batareyalari qanday ko'rinishga ega, ular qanday ishlaydi, nima uchun portlaydi va ulardan qanday qochish kerak.
Nojo'ya ta'sirlar lityum xujayrasi 4,2V dan yuqori kuchlanishga haddan tashqari zaryadlanganda paydo bo'la boshlaydi.Haddan tashqari yuk bosimi qanchalik baland bo'lsa, xavf shunchalik yuqori bo'ladi.4,2V dan yuqori kuchlanishlarda, katod materialida lityum atomlarining yarmidan kamrog'i qolsa, saqlash xujayrasi tez-tez qulab tushadi va batareya quvvatining doimiy pasayishiga olib keladi.Zaryad davom etsa, keyingi litiy metallari katod materiali yuzasida to'planib qoladi, chunki katodning saqlash xujayrasi allaqachon lityum atomlari bilan to'la.Ushbu litiy atomlari katod yuzasidan litiy ionlari yo'nalishi bo'yicha dendritik kristallarni o'stiradi.Litiy kristallari diafragma qog'ozidan o'tib, anod va katodni qisqartiradi.Ba'zan batareya qisqa tutashuv sodir bo'lishidan oldin portlaydi.Buning sababi shundaki, ortiqcha zaryadlash jarayonida elektrolitlar kabi materiallar yorilib, gaz hosil qiladi, bu esa akkumulyator korpusi yoki bosim klapanining shishishi va yorilishiga olib keladi, bu kislorodning salbiy elektrod yuzasida to'plangan litiy atomlari bilan reaksiyaga kirishishi va portlashiga imkon beradi.
Shuning uchun, lityum batareyani zaryad qilishda batareyaning ishlash muddati, quvvati va xavfsizligini hisobga olish uchun kuchlanishning yuqori chegarasini belgilash kerak.Ideal zaryadlash kuchlanishining yuqori chegarasi 4,2V.Lityum xujayralari zaryadsizlanganda ham pastroq kuchlanish chegarasi bo'lishi kerak.Hujayra kuchlanishi 2,4V dan pastga tushganda, materialning bir qismi parchalana boshlaydi.Va batareya o'z-o'zidan zaryadsizlanishi sababli, kuchlanish qancha uzoqroq bo'lsa, kuchlanish pastroq bo'ladi, shuning uchun to'xtash uchun 2,4V ni zaryadsizlantirmaslik yaxshiroqdir.3,0 V dan 2,4 V gacha bo'lgan lityum batareyalar hajmining atigi 3 foizini chiqaradi.Shuning uchun, 3.0V ideal tushirishni kesish kuchlanishidir.Zaryadlash va tushirishda kuchlanish chegarasiga qo'shimcha ravishda oqim chegarasi ham kerak.Oqim juda yuqori bo'lsa, lityum ionlari saqlash xujayrasiga kirishga vaqtlari yo'q, material yuzasida to'planadi.
Ushbu ionlar elektron olishi bilan, ular material yuzasida lityum atomlarini kristallashtiradi, bu haddan tashqari zaryadlash kabi xavfli bo'lishi mumkin.Batareya korpusi buzilib qolsa, u portlab ketadi.Shuning uchun lityum-ion batareyaning himoyasi hech bo'lmaganda zaryadlash kuchlanishining yuqori chegarasini, tushirish kuchlanishining pastki chegarasini va oqimning yuqori chegarasini o'z ichiga olishi kerak.Umuman olganda, lityum batareya yadrosiga qo'shimcha ravishda, asosan, bu uchta himoyani ta'minlash uchun himoya plitasi bo'ladi.Biroq, bu uchta himoyaning himoya plitasi, shubhasiz, etarli emas, global lityum batareya portlash hodisalari yoki tez-tez.Batareya tizimlarining xavfsizligini ta'minlash uchun akkumulyator portlashlarining sabablarini batafsilroq tahlil qilish kerak.
Portlash sababi:
1. Katta ichki qutblanish;
2.Qutb bo'lagi suvni emiradi va elektrolit gaz tamburi bilan reaksiyaga kirishadi;
3. Elektrolitning o'zi sifati va ishlashi;
4.Suyuqlik in'ektsiyasi miqdori jarayon talablariga javob bera olmaydi;
5. Lazerli payvandlash muhrining ishlashi tayyorgarlik jarayonida yomon bo'lib, havo oqishi aniqlanadi.
6. Chang va qutb-parcha chang birinchi mikroshort tutashuv sabab oson;
7.Ijobiy va salbiy plastinka jarayon oralig'idan qalinroq, qobiqqa qiyin;
8. Suyuqlik in'ektsiyasining muhrlanish muammosi, po'lat to'pning yomon muhrlanish ko'rsatkichlari gaz tamburiga olib keladi;
9.Shell kiruvchi material qobiq devori juda qalin, qobiq deformatsiyasi qalinligi ta'sir qiladi;
10. Tashqaridagi yuqori muhit harorati ham portlashning asosiy sababidir.
Portlash turi
Portlash turini tahlil qilish Batareya yadrosining portlash turlari tashqi qisqa tutashuv, ichki qisqa tutashuv va ortiqcha zaryad sifatida tasniflanishi mumkin.Bu erda tashqi ko'rinish hujayraning tashqi tomoniga, shu jumladan ichki batareyalar to'plamining yomon izolyatsiyasi tufayli yuzaga kelgan qisqa tutashuvga tegishli.Hujayra tashqarisida qisqa tutashuv sodir bo'lganda va elektron komponentlar pastadirni uzib qo'ymasa, hujayra ichida yuqori issiqlik hosil bo'ladi, bu elektrolitning bir qismi, batareya qobig'ining bug'lanishiga olib keladi.Batareyaning ichki harorati 135 daraja Selsiy bo'yicha yuqori bo'lsa, sifatli diafragma qog'ozi nozik teshikni yopib qo'yadi, elektrokimyoviy reaktsiya tugaydi yoki deyarli tugaydi, oqim tushadi va harorat ham sekin tushadi, shuning uchun portlashdan qochadi. .Ammo yomon yopilish tezligiga ega bo'lgan yoki umuman yopilmaydigan diafragma qog'ozi batareyani issiq ushlab turadi, ko'proq elektrolitlar bug'lanadi va oxir-oqibat batareyaning korpusini yorib yuboradi yoki hatto batareya haroratini material yonadigan darajaga ko'taradi. va portlaydi.Ichki qisqa tutashuv, asosan, diafragmani teshuvchi mis folga va alyuminiy folga yoki diafragmani teshuvchi litiy atomlarining dendritik kristallari tufayli yuzaga keladi.
Bu mayda, igna o'xshash metallar mikroqisqa tutashuvlarga olib kelishi mumkin.Igna juda nozik va ma'lum bir qarshilik qiymatiga ega bo'lganligi sababli, oqim juda katta bo'lishi shart emas.Mis alyuminiy folga burmalari ishlab chiqarish jarayonida yuzaga keladi.Kuzatilgan hodisa shundaki, batareya juda tez oqadi va ularning ko'pchiligi hujayra zavodlari yoki yig'ish zavodlari tomonidan tekshirilishi mumkin.Burrs kichik bo'lgani uchun ular ba'zan yonib ketadi va batareyani normal holatga keltiradi.Shuning uchun, burr mikro qisqa tutashuvidan kelib chiqqan portlash ehtimoli yuqori emas.Bunday ko'rinish, tez-tez har bir hujayra zavodi ichidan zaryadlash mumkin, past yomon batareya ustida kuchlanish, lekin kamdan-kam hollarda portlash, statistik yordam olish.Shuning uchun ichki qisqa tutashuvdan kelib chiqqan portlash asosan ortiqcha zaryaddan kelib chiqadi.Haddan tashqari zaryadlangan orqa elektrod varag'ida hamma joyda igna o'xshash lityum metall kristallari mavjud bo'lganligi sababli, teshilish nuqtalari hamma joyda va mikro-qisqa tutashuv hamma joyda sodir bo'ladi.Shuning uchun hujayra harorati asta-sekin o'sib boradi va nihoyat yuqori harorat gazni elektrolitga aylantiradi.Bu holat, harorat juda yuqori bo'ladimi, materialning yonishi portlashi yoki qobiq birinchi marta sindirilgan bo'ladimi, havo va lityum metallning qattiq oksidlanishi portlashning oxiri hisoblanadi.
Ammo haddan tashqari zaryadlash natijasida yuzaga kelgan ichki qisqa tutashuvdan kelib chiqqan bunday portlash zaryadlash vaqtida sodir bo'lishi shart emas.Batareya materialni yoqish va batareya korpusini yorib yuborish uchun yetarli gaz ishlab chiqarish uchun batareya yetarlicha qizib ketgunga qadar iste'molchilar zaryadlashni to'xtatib, telefonlarini chiqarib olishlari mumkin.Ko'p sonli qisqa tutashuvlar natijasida hosil bo'lgan issiqlik batareyani asta-sekin isitadi va bir muncha vaqt o'tgach, portlaydi.Iste'molchilarning umumiy ta'rifi shundaki, ular telefonni ko'tarib, juda issiq ekanligini aniqladilar, keyin uni tashladilar va portladilar.Yuqoridagi portlash turlariga asoslanib, biz ortiqcha zaryadlanishning oldini olishga, tashqi qisqa tutashuvning oldini olishga va hujayra xavfsizligini yaxshilashga e'tibor qaratishimiz mumkin.Ular orasida haddan tashqari zaryadlash va tashqi qisqa tutashuvning oldini olish elektron himoyaga tegishli bo'lib, u akkumulyator tizimi va batareya paketini loyihalash bilan bog'liq.Hujayra xavfsizligini yaxshilashning asosiy nuqtasi kimyoviy va mexanik himoya bo'lib, hujayra ishlab chiqaruvchilari bilan katta aloqaga ega.
Xavfsiz yashirin muammo
Lityum ionli batareyaning xavfsizligi nafaqat hujayra materialining tabiati bilan, balki batareyani tayyorlash texnologiyasi va undan foydalanish bilan ham bog'liq.Mobil telefon batareyalari, bir tomondan, himoya qilish sxemasining ishdan chiqishi tufayli tez-tez portlaydi, lekin eng muhimi, moddiy jihat muammoni tubdan hal qilmagan.
Kobalt kislotasi lityum katod faol moddasi kichik batareyalarda juda etuk tizimdir, ammo to'liq zaryadlangandan so'ng, anodda hali ham ko'p litiy ionlari mavjud bo'lib, haddan tashqari zaryadlanganda anodda qolgan litiy ioni anodga tushishi kutiladi. , katodda hosil bo'ladi dendrit kobalt kislotasi lityum batareyani ortiqcha zaryadlash natijasini ishlatadi, hatto normal zaryadlash va tushirish jarayonida ham, dendritlarni hosil qilish uchun salbiy elektrodga ortiqcha lityum ionlari bo'lishi mumkin.Lityum kobalat materialining nazariy o'ziga xos energiyasi 270 mah / g dan ortiq, ammo haqiqiy quvvat uning velosiped ishlashini ta'minlash uchun nazariy imkoniyatlarning faqat yarmidir.Foydalanish jarayonida ba'zi sabablarga ko'ra (masalan, boshqaruv tizimining shikastlanishi) va batareyaning zaryadlash kuchlanishi juda yuqori bo'lsa, musbat elektroddagi lityumning qolgan qismi elektrolitlar orqali salbiy elektrod yuzasiga chiqariladi. dendritlarni hosil qilish uchun lityum metall cho'kma shakli.Dendritlar Diafragmani teshib, ichki qisqa tutashuv hosil qiladi.
Elektrolitning asosiy komponenti karbonat bo'lib, past olov nuqtasi va past qaynash nuqtasiga ega.Muayyan sharoitlarda u yonib ketadi yoki hatto portlaydi.Batareya haddan tashqari qizib ketgan bo'lsa, bu elektrolitdagi karbonatning oksidlanishiga va kamayishiga olib keladi, natijada ko'p gaz va ko'proq issiqlik paydo bo'ladi.Agar xavfsizlik valfi bo'lmasa yoki gaz xavfsizlik valfi orqali chiqarilmasa, batareyaning ichki bosimi keskin ko'tariladi va portlashga olib keladi.
Polimer elektrolit lityum ion batareyasi xavfsizlik muammosini tubdan hal qilmaydi, lityum kobalt kislotasi va organik elektrolitlar ham ishlatiladi va elektrolitlar kolloiddir, oqishi oson emas, kuchliroq yonish sodir bo'ladi, yonish polimer batareyasi xavfsizligining eng katta muammosidir.
Batareyani ishlatishda ham ba'zi muammolar mavjud.Tashqi yoki ichki qisqa tutashuv bir necha yuz amper ortiqcha oqim hosil qilishi mumkin.Tashqi qisqa tutashuv sodir bo'lganda, batareya bir zumda katta oqimni chiqaradi, katta miqdorda energiya sarflaydi va ichki qarshilikda katta issiqlik hosil qiladi.Ichki qisqa tutashuv katta oqim hosil qiladi va harorat ko'tariladi, bu esa diafragmaning erishi va qisqa tutashuv maydonining kengayishiga olib keladi va shu bilan shafqatsiz tsiklni hosil qiladi.
Lityum ion batareyasi bitta hujayrali 3 ~ 4,2V yuqori ish kuchlanishiga erishish uchun kuchlanishning parchalanishi 2V organik elektrolitdan kattaroq bo'lishi kerak va yuqori oqim, yuqori harorat sharoitida organik elektrolitlardan foydalanish elektrolizlanadi, elektrolitik bo'ladi. gaz, buning natijasida ichki bosim kuchayadi, qobiqdan jiddiy o'tadi.
Haddan tashqari zaryad lityum metallni cho'ktirishi mumkin, qobiq yorilishi, havo bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilish, natijada yonish, bir vaqtning o'zida elektrolitni yoqish, kuchli olov, gazning tez kengayishi, portlash.
Bundan tashqari, mobil telefon lityum-ion batareyasi uchun noto'g'ri foydalanish tufayli, masalan, ekstruziya, zarba va suv olish batareyaning kengayishi, deformatsiyasi va yorilishiga olib keladi, bu batareyaning qisqa tutashuviga olib keladi, zaryadsizlanish yoki zaryadlash jarayonida sabab bo'ladi. issiqlik portlashi bilan.
Lityum batareyalar xavfsizligi:
Noto'g'ri foydalanish natijasida haddan tashqari zaryadsizlanishi yoki ortiqcha zaryadlanishini oldini olish uchun bitta lityum-ion batareyada uchta himoya mexanizmi o'rnatiladi.Ulardan biri kommutatsiya elementlaridan foydalanish, batareyaning harorati ko'tarilganda, uning qarshiligi ko'tariladi, harorat juda yuqori bo'lsa, avtomatik ravishda elektr ta'minotini to'xtatadi;Ikkinchisi, tegishli bo'linma materialini tanlashdir, harorat ma'lum bir qiymatga ko'tarilganda, bo'limdagi mikron teshiklari avtomatik ravishda eriydi, shuning uchun lityum ionlari o'tolmaydi, batareyaning ichki reaktsiyasi to'xtaydi;Uchinchisi, xavfsizlik klapanini o'rnatish (ya'ni, batareyaning yuqori qismidagi shamollatish teshigi).Batareyaning ichki bosimi ma'lum bir qiymatga ko'tarilganda, batareyaning xavfsizligini ta'minlash uchun xavfsizlik valfi avtomatik ravishda ochiladi.
Ba'zan, batareyaning o'zi xavfsizlikni nazorat qilish choralariga ega bo'lsa-da, lekin ba'zi sabablarga ko'ra boshqaruvning noto'g'riligi sababli, xavfsizlik klapanining yoki gazning etishmasligi xavfsizlik klapanidan bo'shatishga vaqt topa olmaydi, batareyaning ichki bosimi keskin ko'tariladi va sabab bo'ladi. portlash.Odatda, lityum-ion batareyalarda saqlanadigan umumiy energiya ularning xavfsizligiga teskari proportsionaldir.Batareyaning quvvati oshishi bilan batareyaning hajmi ham ortadi va uning issiqlik tarqalish ko'rsatkichlari yomonlashadi va baxtsiz hodisalar ehtimoli sezilarli darajada oshadi.Mobil telefonlarda ishlatiladigan lityum-ion batareyalar uchun asosiy talab xavfsizlik baxtsiz hodisalari ehtimoli millionda birdan kam bo'lishi kerak, bu ham jamoatchilik uchun maqbul bo'lgan minimal standartdir.Katta hajmli lityum-ion batareyalar uchun, ayniqsa avtomobillar uchun, majburiy issiqlik tarqalishini qabul qilish juda muhimdir.
To'liq zaryad holatida, musbat elektroddagi lityum ionlari manfiy uglerod teshigiga to'liq kiritilganligini ta'minlash uchun molekulyar tuzilish nuqtai nazaridan xavfsizroq elektrod materiallarini, lityum marganets oksidi materialini tanlash, dendritlar paydo bo'lishining oldini oladi.Shu bilan birga, lityum marganets kislotasining barqaror tuzilishi, uning oksidlanish ko'rsatkichi lityum kobalt kislotasidan ancha past, lityum kobalt kislotasining parchalanish harorati 100 ℃ dan yuqori, hatto tashqi tashqi qisqa tutashuv (ignalash), tashqi qisqa tutashuv, haddan tashqari zaryadlash, shuningdek, cho'kindi lityum metalldan kelib chiqadigan yonish va portlash xavfidan butunlay qochishi mumkin.
Bundan tashqari, lityum manganat materialidan foydalanish ham xarajatlarni sezilarli darajada kamaytirishi mumkin.
Mavjud xavfsizlikni nazorat qilish texnologiyasining ishlashini yaxshilash uchun birinchi navbatda lityum-ion batareya yadrosining xavfsizlik ko'rsatkichlarini yaxshilashimiz kerak, bu ayniqsa katta quvvatli batareyalar uchun muhimdir.Yaxshi termal yopish ko'rsatkichiga ega diafragmani tanlang.Diafragmaning roli lityum ionlarining o'tishini ta'minlagan holda batareyaning ijobiy va salbiy qutblarini izolyatsiya qilishdir.Harorat ko'tarilgach, membrana erishi oldidan yopiladi, ichki qarshilikni 2000 ohmga ko'taradi va ichki reaktsiyani o'chiradi.Ichki bosim yoki harorat oldindan belgilangan standartga yetganda, portlashdan himoyalangan valf ochiladi va ichki gazning ortiqcha to'planishini, deformatsiyani oldini olish uchun bosimni yumshata boshlaydi va natijada qobiq portlashiga olib keladi.Tekshirish sezgirligini yaxshilang, sezgirroq boshqaruv parametrlarini tanlang va bir nechta parametrlarning kombinatsiyalangan boshqaruvini qabul qiling (bu ayniqsa katta quvvatli batareyalar uchun muhimdir).Katta sig'imli lityum-ion batareyalar to'plami seriyali/parallel ko'p hujayrali kompozitsion bo'lib, noutbuk kompyuterining kuchlanishi 10V dan ortiq, katta sig'imli, odatda 3 dan 4 gacha bitta batareya seriyasidan foydalanish kuchlanish talablariga javob berishi mumkin, keyin esa 2 dan 3 seriyali batareyalar. katta quvvatni ta'minlash uchun batareya to'plami parallel.
Yuqori sig'imli batareyalar to'plamining o'zi nisbatan mukammal himoya funktsiyasi bilan jihozlangan bo'lishi kerak va ikkita turdagi elektron plata modullarini ham hisobga olish kerak: ProtecTIonBoardPCB moduli va SmartBatteryGaugeBoard moduli.Batareyani himoya qilishning butun dizayni quyidagilarni o'z ichiga oladi: 1-darajali himoya IC (batareyaning haddan tashqari zaryadlanishi, ortiqcha zaryadsizlanishi, qisqa tutashuvi oldini olish), 2-darajali himoya IC (ikkinchi haddan tashqari kuchlanishning oldini olish), sug'urta, LED indikatori, haroratni tartibga solish va boshqa komponentlar.Ko'p darajali himoya mexanizmi ostida, hatto g'ayritabiiy quvvat zaryadlovchi va noutbuk bo'lsa ham, noutbuk batareyasi faqat avtomatik himoya holatiga o'tkazilishi mumkin.Vaziyat jiddiy bo'lmasa, ko'pincha portlashsiz ulangan va olib tashlanganidan keyin an'anaviy tarzda ishlaydi.
Noutbuklar va mobil telefonlarda ishlatiladigan lityum-ion batareyalarda ishlatiladigan asosiy texnologiya xavfsiz emas va xavfsizroq tuzilmalarni hisobga olish kerak.
Xulosa qilib aytganda, moddiy texnologiyaning rivojlanishi va odamlarning lityum ionli batareyalarni loyihalash, ishlab chiqarish, sinovdan o'tkazish va ulardan foydalanish talablari haqidagi tushunchalarini chuqurlashtirish bilan lityum-ion batareyalarning kelajagi xavfsizroq bo'ladi.
Yuborilgan vaqt: 07-mart 2022-yil