Vlastnosti lithium-iontové baterie
Lithium je nejmenší a nejživější kov na stole chemických cyklů. Malý objem a tak vysoká objemová hustota, je velmi oblíbený u spotřebitelů a techniků. Chemické vlastnosti jsou však příliš živé a přináší extrémně vysoké riziko. Kovový lithium vystavený působení vzduchu a kyslíku vytváří intenzivní oxidaci a explozi. Pro zlepšení bezpečnosti a napětí vynalezli vědci materiály jako grafit a kobaltitan lithný pro skladování atomů lithia. Molekulární struktura těchto materiálů tvoří malou akumulační mřížku, kterou lze použít k ukládání atomů lithia. Tímto způsobem, i když se obal baterie rozbije a kyslík vnikne, je kyslík příliš velký na to, aby se molekuly kyslíku dostaly do těchto malých zásobních buněk, takže atomy lithia nebudou v kontaktu s kyslíkem a zabrání výbuchu. Tento princip lithium-iontových baterií umožňuje lidem dosáhnout bezpečnostních cílů při dosažení vysoké hustoty kapacity.
Když je lithium-iontová baterie nabitá, pozitivní atomy lithia ztratí své elektrony a oxidují na lithiové ionty. Lithiové ionty plují k záporné elektrodě elektrolytem, vstupují do akumulační mřížky záporné elektrody a získávají elektron, redukovaný na atomy lithia. Po propuštění se celý postup obrátí vzhůru nohama. Aby se zabránilo zkratu mezi kladným a záporným pólem, použijte membránový papír s mnoha tenkými otvory, aby nedošlo ke zkratu. Dobrý membránový papír může také automaticky uzavřít jemný otvor, když je teplota baterie příliš vysoká, takže lithiové ionty nemohou procházet, aby zbytečně bojovaly, aby se zabránilo nebezpečí.
Ochranná opatření
Články lithiové baterie mohou po přebití na napětí nad 3,7 V začít mít vedlejší účinky. čím vyšší je přebíjení, tím vyšší je riziko. Poté, co je lithiové napětí vyšší než 3,7 V, je počet atomů lithia v katodovém materiálu menší než polovina katodového materiálu, když se akumulační mřížka často zhroutí, což způsobí trvalé snížení kapacity baterie. Pokud nabíjení pokračuje, následný kov lithia se hromadí na povrchu negativního materiálu, protože mřížka negativního úložiště je již naplněna atomy lithia. Tyto atomy lithia rostou krystalizací větví z negativního povrchu do směru iontů lithia. Tyto krystaly kovového lithia procházejí membránovým papírem a zkratují kladný a záporný pól. Baterie někdy před zkratem exploduje, protože v procesu přebíjení elektrolyt a jiné materiály rozbijí plyn, což způsobí prasknutí pláště baterie nebo tlakového ventilu, což umožní kyslíku reagovat s atomy lithia nahromaděnými na negativním povrchu a explodovat. Při nabíjení lithiové baterie proto musíme nastavit limit napětí, abychom současně zohlednili životnost, kapacitu a bezpečnost baterie. Ideální horní hranice nabíjecího napětí 3,6 V.
Mělo by také existovat omezení nízkého napětí pro vybití lithiové baterie. Když je napětí článku menší než 2 V, začne se část materiálu ničit. A protože se baterie sama vybije, čím déle se baterie nenabije, napětí baterie bude nižší. proto je nejlepší nevybíjet volt článku na 2V. Vybíjecí kapacita lithiové baterie od 3,0 V do 2,8 V je pouze asi 3% kapacity baterie. 3,0 V je tedy ideálním vypínacím napětím.
V procesu nabíjení a vybíjení je rovněž nutný proudový limit. Když je proud příliš velký, ionty lithia jsou příliš pozdě na to, aby vstoupily do úložného prostoru, a budou se shromažďovat na povrchu materiálu. Tyto ionty lithia získávají elektrony a vytvářejí atomovou krystalizaci lithia na povrchu materiálu, stejně jako při přebíjení, což je nebezpečné. V případě rozbití krytu baterie exploduje.
Ochrana lithium-iontové baterie proto zahrnuje alespoň tři aspekty: limit nabíjecího napětí, limit vybíjecího napětí a proudový limit. Obecně platí, že v lithiové baterii bude kromě lithiového článku systém pro správu baterií System BMS）, BMS je hlavně zařízení zajišťující tyto tři ochrany. Systém správy baterií však zjevně nestačí. Viděli jsme, že k výbuchům lithiových baterií dochází po celém světě. Pro zajištění bezpečnosti bateriového systému je níže provedena důkladnější analýza příčiny výbuchu baterie:
Důvody výbuchu baterie:
1: větší vnitřní polarizace buněk!
2: Polární deska absorbuje vodu a reaguje s elektrolytem.
3: Problémy s kvalitou a výkonem samotného elektrolytu.
4: Množství vstřikované kapaliny nesplňuje požadavky procesu.
5: Špatný těsnicí výkon laserového svařování během procesu montáže, úniku vzduchu a měření úniků.
6: Prach, polární prach je nejprve snadno možné vést k mikro zkratu, konkrétní důvod není znám.
7: Kladná a záporná elektroda je silnější než procesní rozsah a je obtížné vstoupit do pláště.
8: Problém se vstřikováním a špatný těsnící výkon ocelových perliček vede k plynovému bubnu.
9: Materiál pláště je tlustá stěna pláště a deformace pláště ovlivňuje tloušťku.
Analýza
Důvody výbuchu lithiové baterie lze shrnout jakovnější zkrat, ivnitřní zkrat,apřebíjení. Vnější zde označuje vnější část článku, včetně zkratu způsobeného špatnou izolací baterie.
Pokud dojde ke zkratu venku, baterie a elektronická zařízení neodpojí obvod, uvnitř článku dojde k vysokému teplu, což způsobí odpařování určitého elektrolytu a drží obal baterie velký. Když je vnitřní teplota baterie vysoká na 135 stupňů Celsia, kvalitní membránový papír uzavře jemný otvor, elektrochemická reakce skončí nebo téměř skončí, proud prudce poklesne a teplota pomalu poklesne, čímž se zabrání výbuchu. Rychlost zavírání jemných otvorů je však příliš nízká nebo papír s membránou, který se vůbec neuzavírá, způsobí, že teplota baterie bude i nadále stoupat, odpařuje více elektrolytu a nakonec rozbije obal baterie a dokonce zvýší teplotu baterie, aby materiál hoří a exploduje.
Vnitřní zkrat je způsoben hlavně otřepy měděné fólie a hliníkové fólie nebo křivkovou krystalizací atomů lithia. Tyto drobné jehličkovité kovy mohou způsobit mikro zkrat. Protože jehla je velmi jemná s určitým odporem, proud nebude příliš velký. Ve výrobním procesu jsou způsobeny otřepy z měděné a hliníkové fólie, pozorovaným jevem je příliš rychlý únik baterie, většinu lze odstranit v továrně na jádro nebo v montážním závodě. Také malé otřepy jsou malé, někdy spálené, čímž se baterie vrátí do normálu. Pravděpodobnost výbuchu způsobeného mikroskopickým zkratem otřepů proto není vysoká.
celá továrna na lithium-iontové články najde nějaké baterie špatné kvality, které po krátkém nabití vybijí nízké napětí, ale jen málo výbuchů, vztaženo na statistické údaje. Proto je výbuch způsobený vnitřním zkratem způsoben hlavně přebíjením. Vzhledem k tomu, že přeplněná pólová deska je plná krystalizace lithium-kovového jehly, jsou body propíchnutí všude, což způsobí mikro zkrat. Proto bude teplota baterie postupně stoupat a nakonec bude vysoká teplota příčinou plynného elektrolytu. V procesu, ať už při vysoké teplotě dojde k výbuchu spalování materiálu, nebo byla rozbita skořápka jako první, propustí vzduch dovnitř a prudkou oxidaci lithiového kovu, což povede k výbuchu.
V době nabíjení však nedošlo k výbuchu způsobenému vnitřním zkratem. Je to proto, že teplota baterie není příliš vysoká, aby se materiál spálil, nebo produkovaný plyn nestačí k rozbití pláště baterie, uživatel přestane nabíjet. V této době teplo generované mnoha mikro zkraty pomalu zvyšovalo teplotu baterie, po určité době došlo k výbuchu.
Na základě výše uvedených typů výbuchuTorfantechnický tým se zaměřuje na ochranu před přebitím, prevenci vnějšího zkratu a zlepšení bezpečnosti článku k prokázání výbuchu. Mezi ně patří ochrana proti přebití a prevence vnějšího zkratu k elektronické ochraně, která do značné míry souvisí s konstrukcí bateriového systému a instalace sady baterií. Zlepšení bezpečnosti článků se zaměřuje na chemickou a mechanickou ochranu, která do značné míry souvisí s výrobci bateriových článků.
Specifikace designu
Systém správy baterií Torphan může poskytnout dvě bezpečnostní ochranu pro přebíjení, nadměrné vybíjení a nadproud, včetně nabíječky a sady baterií. Nabíječka Torphan přepíná střídavé napětí na stejnosměrné a omezuje maximální proud a maximální napětí stejnosměrného proudu. Ochrana baterie obsahuje dvě části - systém řízení baterie a článek baterie. Pro první ochranu může systém správy baterie komunikovat s nabíječkou, bude vysílat pochvaly, jako je omezení toku a zastavení nabíjecích signálů, podle ke shromážděným informacím o baterii. Když nabíječka obdrží signál, nabíječka automaticky sníží nabíjecí proud nebo zastaví nabíjení. Pokud nabíječka nedokáže komunikovat se systémem správy baterie, systém správy baterie odpojí relé uvnitř sady baterií a přeruší celý nabíjecí obvod, což je druhá ochrana. To znamená, že i když dojde k selhání obvodu, baterie nebude být přebití a nebezpečné.
Stručně řečeno, během konstrukce bateriového systému je elektronická ochrana první ochranou pro přebíjení, nadměrné vybíjení a nadproud. Druhou ochranou je systém správy baterií.
Ačkoli výše uvedené metody poskytují dvě ochrany, někdy si zákazníci často kupují neoriginální nabíječku, aby nabíjeli baterie, když je nabíječka rozbitá, aby si mohli koupit nabíječku nízké kvality nebo jednu nabíječku, která nemůže komunikovat se správou baterií. To povede ke ztrátě první ochrany. Přebíjení je nejdůležitějším faktorem výbuchu baterie, takže horší nabíječky lze nazvat viníkem výbuchu baterie.
Konečná obranná linie
Pokud selže elektronická ochrana, buňka poskytne poslední linii obrany. Úroveň bezpečnosti článku lze mírně odlišit podle toho, zda lze článek oddělit vnějším zkratem a přebitím. Protože dříve, než baterie exploduje, atomy lithia se hromadí uvnitř na povrchu materiálu. Kromě toho je ochrana před přebitím často způsobena tím, že spotřebitelé používají nižší nabíječku a mají pouze jednu linii obrany, proto je odolnost proti přebíjení článků důležitější než schopnost odolávat vnějšímu zkratu.
