Почему взрываются литиевые батареи

I. характеристики литий-ионного аккумулятора

Литий - самый маленький и самый активный металл в таблице Менделеева. Малый объем - высокая плотность емкости, что широко приветствуется потребителями и инженерами. Но слишком высокая химическая активность может быть опасной. При контакте с воздухом литий может взорваться в результате бурной реакции окисления кислородом. Для повышения безопасности и повышения напряжения ученые разработали такие материалы, как графит и оксид лития-кобальта, для хранения атомов лития. Молекулярная структура этих материалов образует крошечные накопительные ячейки наноразмеров, которые можно использовать для хранения атомов лития. Таким образом, даже если оболочка батареи сломается и в нее попадет кислород, молекулы будут слишком большими, чтобы поместиться в крошечные элементы, что не позволит атомам лития вступить в контакт с кислородом и взорваться.

Принцип ионно-литиевой батареи позволяет людям достичь высокой плотности емкости и в то же время обеспечить безопасность. Когда литий-ионный аккумулятор заряжается, положительно заряженные атомы лития теряют электроны и окисляются до ионов лития. Ионы лития проплывают через электролит к отрицательному электроду, где они попадают в ячейку, где они приобретают электрон и восстанавливаются до атомов лития. Разрядка, весь процесс обратный. Чтобы предотвратить прямое касание положительного и отрицательного полюса батареи и короткое замыкание, в батарею будет добавлен ряд тонких отверстий в диафрагменной бумаге для предотвращения короткого замыкания. Хорошая бумага для диафрагмы также может быть при слишком высокой температуре батареи, автоматически закройте отверстие, пусть ион лития не может пройти, чтобы тратить боевое искусство, чтобы предотвратить опасность.

Защитные меры: перезаряд литиевых батарей до напряжения выше 4,2 В начнет давать побочные эффекты. Чем выше напряжение перезаряда, тем выше риск. Когда напряжение батареи выше 4,2 В, количество атомов лития, оставшихся в материале анода, составляет менее половины, и элемент часто разрушается, вызывая необратимое падение емкости батареи. Если вы продолжите зарядку, поскольку элемент анода уже заполнен атомами лития, последующие металлы лития будут накапливаться на поверхности анода. Эти атомы лития растут дендритные кристаллы от отрицательной поверхности в направлении ионов лития. Эти кристаллы металлического лития будут проходить через мембранную бумагу, вызывая короткое замыкание положительного и отрицательного полюсов. Иногда аккумулятор взрывается до того, как произойдет короткое замыкание. Это связано с тем, что в процессе чрезмерной зарядки электролит и другие материалы будут трескаться и выделять газ, заставляя корпус батареи или клапан давления вздуваться и трескаться, позволяя кислороду войти и вступить в реакцию с атомами лития, накопленными на поверхности отрицательного электрода, а затем взорваться.

Поэтому при зарядке литиевой батареи необходимо установить верхний предел напряжения, чтобы можно было одновременно учитывать срок службы, емкость и безопасность батареи. Оптимальный верхний предел зарядного напряжения - 4,2 В. При разряде литиевого элемента также должен быть нижний предел напряжения. Когда напряжение ячейки ниже 2,4 В, часть материала начинает разрушаться. Поскольку аккумулятор саморазрядится, чем дольше будет разряд, тем ниже будет напряжение. Поэтому лучше 2.4v не ставить, чтобы разряд прекратился. В диапазоне от 3,0 до 2,4 В литиевые батареи высвобождают только около 3% своей емкости. Следовательно, 3,0 В - идеальное напряжение отсечки для разряда. Помимо ограничения напряжения, ограничение тока также необходимо во время зарядки и разрядки. Когда ток слишком велик, ионы лития могут накапливаться на поверхности материала, прежде чем они успеют проникнуть в элемент. Когда эти ионы приобретают электроны, они создают кристаллы атомов лития на поверхности материала, что, как и перезарядка, может быть опасным. В случае разрушения батарейного отсека он взорвется.

Следовательно, защита литий-ионных аккумуляторов должна включать как минимум три пункта: верхний предел зарядного напряжения, нижний предел разрядного напряжения и верхний предел тока. Как правило, литиевая аккумуляторная батарея, помимо сердечника литиевой батареи, будет иметь защитную пластину, эта защитная пластина в основном предназначена для обеспечения этих трех защит. Однако защиты трех защитных пластин явно недостаточно, взрывы литиевых батарей по-прежнему часты во всем мире.

Чтобы обеспечить безопасность аккумуляторной системы, необходимо более тщательно проанализировать причину взрыва аккумуляторной батареи.

II. Причина взрыва аккумулятора

1. Большая внутренняя поляризация;

2. Электродный лист поглощает воду и реагирует с электролитом, образуя газовый барабан;

3. Качество и характеристики самого электролита;

4. Во время инфузии объем инфузии не соответствует требованиям процесса;

5. Плохая герметичность лазерной сварки в процессе установки и подготовки, утечка воздуха.

6. Пыль, очень тонкая пыль может сначала вызвать микрокороткое замыкание, конкретная причина неизвестна;

7. Анодные и катодные пластины толще, чем технологический диапазон, что затрудняет проникновение в оболочку;

8. Проблема уплотнения впрыска жидкости и плохая герметичность стального шарика, ведущего к газовому барабану;

9. Входящий материал оболочки толстый, и деформация оболочки влияет на толщину;

III. Анализ типа взрыва

Тип взрыва ячейки можно разделить на внешнее короткое замыкание, внутреннее короткое замыкание и перезаряд.

Внешняя часть относится к внешней части элемента, включая короткое замыкание, вызванное плохой конструкцией изоляции внутри аккумуляторной батареи. Когда короткое замыкание происходит вне элемента, и электронные компоненты не могут отключить цепь, внутри элемента будет генерироваться сильное тепло, в результате чего часть электролита испарится и растянет корпус аккумулятора. Когда внутренняя температура батареи достигает 135 градусов Цельсия, диафрагменная бумага хорошего качества закроет поры, электрохимическая реакция будет прекращена или почти прекращена, ток резко упадет, а температура также будет падать медленно, таким образом избегая взрыва. Однако плохое закрытие пор или диафрагменная бумага без закрытия пор приведет к тому, что температура батареи будет продолжать расти, что приведет к испарению большего количества электролита, в конечном итоге взорвав корпус батареи и даже повысив температуру батареи настолько, чтобы вызвать возгорание материала. и взорваться.

Внутреннее короткое замыкание в основном вызвано заусенцами медной фольги и алюминиевой фольги, пронизывающими диафрагму, или дендритным кристаллом атомов лития, пронизывающим диафрагму. Эти тонкие игольчатые металлы могут вызвать микрокороткое замыкание. Поскольку игла очень тонкая и имеет определенное значение сопротивления, ток не обязательно будет очень большим. Заусенец медной и алюминиевой фольги возникает в процессе производства, и наблюдаемым явлением является то, что утечка батареи происходит слишком быстро, большая часть которой может быть экранирована фабрикой элементов или сборочным заводом. А поскольку заусенцы маленькие, они могут иногда выгорать, позволяя батарее вернуться в нормальное состояние. Поэтому вероятность взрыва из-за короткого замыкания заусенца невысока. Такое заявление может быть на заводе-изготовителе ячеек, внутри часто скоро происходит зарядка, низкое напряжение на плохой батарее, но есть несколько взрывов, статистическая поддержка. Следовательно, взрыв, вызванный внутренним коротким замыканием, в основном вызван перезарядом. Потому что после перезарядки у вас есть игольчатые кристаллы лития по всей пластине, точки проколов повсюду, микрошорты повсюду. В результате температура батареи будет постепенно повышаться, и в конечном итоге высокая температура приведет к выделению электролитного газа. В этом случае, является ли температура слишком высокой, чтобы вызвать горение и взрыв материала, или оболочка сначала разрушается, так что воздух входит внутрь и металлический литий сильно окисляется, - это конец взрыва.

Однако взрыв, вызванный внутренним коротким замыканием, вызванным перезарядкой, не обязательно происходит во время зарядки. Вполне возможно, что потребители перестанут заряжать свои телефоны и вытащат их до того, как батарея станет достаточно горячей, чтобы сжечь материал и произвести достаточно газа, чтобы взорвать корпус батареи. В это время тепло, выделяемое многочисленными микрокороткими замыканиями, будет медленно повышать температуру батареи, и через некоторое время произойдет взрыв. Обычное описание потребителей состоит в том, что они берут телефон и находят его горячим, выбрасывают, и он взрывается.

Основываясь на вышеупомянутых типах взрыва, мы можем сосредоточиться на предотвращении перезаряда, предотвращении внешнего короткого замыкания и повышении безопасности элемента. Среди них предотвращение перезарядки и предотвращение внешнего короткого замыкания относятся к электронной защите, которая тесно связана с конструкцией аккумуляторной системы и установкой аккумуляторного блока. При повышении безопасности элементов упор делается на химическую и механическую защиту, которая тесно связана с производителями элементов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.