Кратко опишите защитные меры и причины взрыва литиевых батарей.

Литиевые батареи - это самые быстрорастущие аккумуляторные системы за последние 20 лет, и в настоящее время они широко используются в электронных продуктах. Недавний взрыв мобильных телефонов и ноутбуков - это, по сути, взрыв аккумуляторов. Что такое аккумулятор мобильного телефона и ноутбука, как он работает, почему происходит взрыв и как избежать взрыва?

Когда литиевая батарея перезаряжается до напряжения выше 4,2 В, у него появляются побочные эффекты. Чем выше напряжение перезаряда, тем выше риск. Когда напряжение литиевой батареи превышает 4,2 В, количество атомов лития, остающихся в материале положительного электрода, составляет менее половины. В это время аккумуляторная ячейка часто разрушается, вызывая необратимое падение емкости батареи. Если зарядка продолжается, поскольку ячейка отрицательного электрода уже заполнена атомами лития, последующий металлический литий будет накапливаться на поверхности материала отрицательного электрода. Эти атомы лития растут дендритами от поверхности отрицательного электрода в направлении ионов лития. Эти кристаллы металлического лития проходят через разделительную бумагу, закорачивая положительный и отрицательный электроды. Иногда батарея взрывается до того, как произойдет короткое замыкание. Это связано с тем, что во время процесса перезарядки электролит и другие материалы будут трескаться и выделять газ, вызывая вздутие и разрыв корпуса батареи или клапана давления, позволяя кислороду проникать и реагировать с атомами лития, осажденными на поверхности отрицательного электрода. затем взорвался.

Таким образом, литиевые батареи, не забудьте установить верхний предел напряжения, могут одновременно с временем автономной работы, емкостью и безопасностью. Идеальное максимальное напряжение зарядки 4,2 В. Напряжение разряда литиевых батарей будет нижним пределом. Когда напряжение элемента ниже 2,4 В, некоторые материалы начнут разрушаться. И поскольку саморазряд батареи, положите тем больше, чем дольше напряжение низкое, поэтому разрядку, когда лучше не было до 2,4 В. Разряд литиевой батареи с 3,0 В до 2,4 В в течение этого периода, высвобождение энергии составляло только около 3% от емкости аккумулятора. Таким образом, идеальное значение напряжения отключения разряда составляет 3,0 В. Зарядка и разрядка могут потребоваться в дополнение к ограничению напряжения и тока. Когда сила тока слишком велика, ионы лития, попадая в магазин, собираются на поверхности материала.

Когда эти ионы лития приобретают электроны, на поверхности материала образуются кристаллы атомов лития, что опасно как перезаряд. В случае поломки батарейного отсека он взорвется. Следовательно, защита ионно-литиевой батареи должна включать как минимум три фактора: верхний предел зарядного напряжения, нижний предел разрядного напряжения и верхний предел тока. В обычном блоке литиевых батарей, помимо сердечника литиевой батареи, будет защитная плата, которая в основном предназначена для обеспечения этих трех защит. Однако этих трех защит на плате защиты явно недостаточно, и глобальный взрыв литиевой батареи по-прежнему случается. Чтобы обеспечить безопасность аккумуляторной системы, необходимо провести более тщательный анализ причины взрыва аккумуляторной батареи.

Причины взрыва:

1 - внутренняя поляризация больше;

2, водопоглощение, реагирует с электролитическим газовым барабаном;

3, качество самого электролита и проблемы с производительностью;

4, когда количество жидкости для впрыска жидкости не может соответствовать техническим требованиям;

5, процесс подготовки к лазерной сварке уплотнения плохой, при измерении утечки утечки;

6, пыль, сначала лист пыли может вызвать микрокороткое замыкание;

7 - процесс из толстого катода в оболочку;

8, проблема уплотнения наполнителя, производительность уплотнения стального шара плохая, чтобы вызвать газовый барабан;

9, входящие существуют стенки оболочки толщиной, эффект деформации толщины оболочки;

10, внешняя температура является основной причиной взрыва.

Тип взрыва

Тип ядра батареи анализа взрыва можно резюмировать как внешнее короткое замыкание, внутреннее короткое замыкание и перезаряд 3 вида. Внешний относится к батареям внешнего, содержит аккумуляторный блок и плохую внутреннюю изоляцию, вызванную коротким замыканием. Когда внешние батареи закорочены, электронные компоненты и не смогли отключить цепь, батареи внутри будут выделять тепло, вызванное частью испарения электролита, опоры корпуса батареи. При высокой внутренней температуре батареи до 135 градусов по Цельсию, бумага хорошего качества, диафрагма закроют поры, прекращение электрохимической реакции или близкий конец, ток, температура медленно падает, а затем избежать взрыва. Но скорость закрытия пор является плохой, или поры не закрывают диафрагменную бумагу, может позволить температуре батареи продолжать повышаться, больше испарения электролита, наконец, взорвать корпус батареи, и даже повысить температуру батареи, чтобы вызвать сгорание и взрыв материала. Внутреннее короткое замыкание в основном вызвано заусенцами медной фольги и алюминиевой фольги, пронизывающими диафрагму, или дендритом атомов лития, пронизывающим пленку рутения.

Эти крошечные игольчатые металлы могут вызывать микрокороткое замыкание. Поскольку игла очень тонкая и имеет определенное значение сопротивления, ток не обязательно будет большим. Заусенцы на медной и алюминиевой фольге возникают в процессе производства. Наблюдаемое явление заключается в том, что батарея протекает слишком быстро, и большинство из них может быть проверено заводом по производству аккумуляторов или заводом по сборке. А поскольку заусенцы небольшие, они иногда сдуваются, в результате чего аккумулятор возвращается в нормальное состояние. Следовательно, вероятность взрыва, вызванного микрокоротким замыканием заусенца, невелика. Таким образом, можно получить неисправный аккумулятор с низким напряжением вскоре после зарядки на каждом заводе по производству аккумуляторов, но есть несколько случаев взрыва и статистической поддержки. Таким образом, внутреннее короткое замыкание вызвано взрывом, в основном из-за перезаряда. Потому что, после заполнения везде на полюсной игле кристаллизации металлического лития, точка пирса везде, везде, в случае микрокороткого замыкания. В результате температура батареи постепенно повышается, и, наконец, высокотемпературный газообразный электролит. Такие ситуации, будь то взрыв горящих высокотемпературных материалов или разрыв снаряда, воздух внутри с оксидом лития, являются взрывоопасными.

Однако такой взрыв, вызванный внутренним коротким замыканием, вызванным перезарядкой, не обязательно происходит во время зарядки. Возможно, что когда температура батареи недостаточно высока для горения материала, и генерируемого газа недостаточно, чтобы сломать корпус батареи. Потребитель прекращает зарядку и вынимает мобильный телефон. В это время тепло, выделяемое многочисленными микрокороткими замыканиями, медленно увеличивает температуру батареи, и через некоторое время происходит взрыв. Обычное описание потребителей состоит в том, что когда телефон поднимают, он оказывается очень горячим и взрывается после того, как его выбросят. В сочетании с вышеуказанными типами взрывов мы можем сосредоточиться на предотвращении перезаряда, предотвращении внешних коротких замыканий и безопасности аккумуляторных элементов. Среди них предотвращение перезарядки и предотвращение внешнего короткого замыкания - электронная защита, которая имеет большое значение для конструкции аккумуляторной системы и сборки аккумуляторной батареи. В центре внимания повышения безопасности аккумуляторных батарей находится химическая и механическая защита, которая тесно связана с заводами по производству аккумуляторных батарей.

Безопасная скрытая беда

Безопасность литий-ионных аккумуляторов зависит не только от природы материала самого элемента, но и от технологии изготовления и использования аккумуляторов. Батареи мобильных телефонов часто взрываются, с одной стороны, из-за отказа схемы защиты, но, что более важно, нет принципиального решения проблемы с точки зрения материалов.

Активный материал катода лития на основе кобальто-кислоты является очень зрелой системой в небольших батареях, но после полной зарядки на аноде все еще остается много ионов лития, при избыточном заряде, оставшиеся в аноде, ионы лития, как ожидается, будут стекать на анод. , образуется на катодном дендрите, использует следствие перезарядки литиевой батареи кобальтовой кислоты, даже в нормальном процессе зарядки и разрядки, также вероятно, будет иметь запасные литий-ионные катодные дендриты, литиевые материалы кобальтовой кислоты, чем теория энергии более 270 мАч / г, но для того, чтобы гарантировать производительность цикла, фактическая емкость используется только наполовину теоретической емкости. В процессе использования, по какой-то причине, например, если повреждение системы управления, вызванное напряжением батареи, слишком высокое, оставшаяся часть лития положительного электрода будет выступать, а электролит к поверхности отрицательного электрода в виде образования металлического дендрита лития. Диафрагма пробита дендритом, образуя внутреннее короткое замыкание.

Основным компонентом электролита является карбонат, который имеет низкую температуру вспышки и низкую температуру кипения. При определенных условиях он загорится или даже взорвется. Если аккумулятор перегрет, это вызовет окисление и восстановление карбоната в электролите, что приведет к образованию большого количества газа и большего количества тепла. Если предохранительного клапана или газа недостаточно для выпуска через предохранительный клапан, внутреннее давление аккумулятора резко возрастет и вызовет взрыв.

Полимерный электролит для литий-ионных батарей принципиально не решает проблему безопасности, также используйте литий-кобальтовую кислоту и органический электролит, а электролит в виде геля, нелегко протечь, произойдет более сильное горение, горение является самой большой проблемой безопасности для полимера батареи.

Также есть некоторые проблемы при использовании аспектов, батарея при внешнем коротком замыкании или внутреннем коротком замыкании будет производить сотни ампер большого тока. Внешнее короткое замыкание мгновенно разряжает аккумулятор, тратит много энергии на внутреннее сопротивление, выделяет огромное количество тепла. Сильноточное внутреннее короткое замыкание и повышение температуры расплава приводят к диафрагме, область короткого замыкания расширяется и образует порочный круг.

Литий-ионные батареи для достижения одиночных батарей с высоким рабочим напряжением только 3 ~ 4,2 В, необходимо принимать для разложения органического электролита напряжение более 2 В и использовать органический электролит в условиях высокого тока, высокая температура будет электролизом, электролитическим производящим газом , приведет к более высокому внутреннему давлению, серьезно разобьет оболочку.

При перезарядке литий может выпасть в осадок в случае разрыва снаряда, прямого контакта с воздухом и вызвать возгорание, одновременно воспламенение электролита, сильный пожар, быстрое расширение газа, взрыв.

Литий-ионные аккумуляторы для мобильных телефонов, и, кроме того, из-за неправильного использования, такого как выдавливание, ударный приток, приводящий к расширению, деформации и трещинам элементов и т. Д., Это может привести к короткому замыканию аккумуляторов, взрыву, вызванному нагревом при разряде процесс зарядки.

Безопасность литиевой батареи:

Чтобы избежать чрезмерной разрядки или чрезмерной зарядки аккумулятора из-за неправильного использования, в одноэлементной литий-ионной батарее предусмотрен механизм тройной защиты. Сначала используется переключающий элемент. Когда температура внутри батареи повышается, значение ее сопротивления увеличивается. Когда температура слишком высока, подача питания автоматически отключается. Во-вторых, выбирается подходящий разделительный материал. Когда температура поднимается до определенного значения, микропоры на сепараторе растворяются автоматически, так что ионы лития не проходят, и внутренняя реакция батареи прекращается. Третий - установить предохранительный клапан (то есть вентиляционное отверстие в верхней части батареи), внутреннее давление батареи поднимается до определенного значения, клапан открывается автоматически, чтобы обеспечить безопасность батареи.

Иногда сам аккумулятор, хотя есть меры безопасности, но по какой-то причине вызывают сбой управления, отсутствие предохранительного клапана или газа через предохранительный клапан, чтобы сбросить внутреннее давление аккумулятора, резко возрастет из-за взрыва. В общем, общая энергия литий-ионного аккумулятора и его безопасность обратно пропорциональны тому, что с увеличением емкости аккумулятора увеличивается объем аккумулятора, его тепловые характеристики плохие. Возможность аварии резко возрастет. С литий-ионными батареями для мобильных телефонов и вероятностью несчастных случаев, связанных с безопасностью, является основным требованием менее одного миллиона, это также социальная общественность может принять самый низкий стандарт. Для литий-ионных аккумуляторов большой емкости, особенно для литий-ионных аккумуляторов большой емкости, таких как автомобили, особенно важно принудительное охлаждение.

Более безопасный электродный материал, выбор литиевых материалов с марганцевой кислотой, с точки зрения молекулярной структуры для обеспечения полного заряда, анод из иона лития был полностью встроен в углеродное отверстие катода, что принципиально предотвращает образование дендритов. Твердая структура литиевой кислоты марганцевой кислоты в то же время делает ее производительность намного ниже, чем оксид лития кобальтовой кислоты, температура разложения более 100 ℃ , литий-кобальтовая кислота даже из-за внешней силы, внутреннего короткого замыкания (иглоукалывание), внешнего короткого замыкания, перезарядки , также может полностью избежать опасности возгорания и взрыва, вызванной осаждением металлического лития.

Кроме того, литиевые материалы с марганцевой кислотой могут значительно снизить стоимость.

Чтобы улучшить характеристики существующей технологии управления безопасностью, мы должны сначала улучшить характеристики безопасности литий-ионных аккумуляторных элементов, что особенно важно для аккумуляторов большой емкости. Диафрагма выбирает горячее закрытие с хорошей производительностью, функция диафрагмы - батарея отрицательная в то же время, изоляция иона лития будет разрешена. При повышении температуры он закрывается до того, как диафрагма плавится, так что внутреннее сопротивление возрастает до 2000 Ом. Пусть внутренний отклик его остановит. Когда внутреннее давление или температура достигает заданных критериев, открывается взрывозащищенный клапан и начинается разгрузка. Во избежание внутреннего скопления газа чрезмерная деформация, в конечном итоге привела к разрыву снаряда. Повышение чувствительности управления и выбор более чувствительных параметров управления и управление с помощью комбинации нескольких параметров (это было особенно важно для аккумуляторов большой емкости). Для большой емкости литий-ионный аккумуляторный блок состоит из нескольких последовательно / параллельно нескольких аккумуляторов, таких как Ноутбук для напряжения более 10 В, большой емкости, обычно используют 3 ~ 4 одиночных батареи, которые могут соответствовать требованиям напряжения, а затем будет 2 ~ 3 параллельных аккумуляторных блока, чтобы обеспечить большую емкость.

Сам аккумулятор большой емкости должен иметь относительно полную функцию защиты. Также следует учитывать два модуля печатных плат: модуль Protect Circuit Board (ProtecTIonBoardPCB) и модуль Smart Battery Gauge Board. Полная конструкция защиты аккумулятора включает: ИС защиты уровня 1 (для предотвращения перезарядки аккумулятора, чрезмерной разрядки, короткого замыкания), ИС защиты уровня 2 (для предотвращения второго перенапряжения), предохранители, светодиодные индикаторы, регулировку температуры и другие компоненты. Благодаря многоуровневому механизму защиты, даже в случае неправильного питания зарядных устройств и ноутбуков, аккумулятор ноутбука можно переключить только в состояние автоматической защиты. Если ситуация несерьезная, после повторного подключения он все равно будет работать в обычном режиме. Произойдет взрыв.

Базовая технология, используемая в литий-ионных батареях, используемых в ноутбуках и сотовых телефонах, небезопасна и требует более безопасной конструкции.

Короче говоря, с развитием технологий материалов и растущим пониманием требований к проектированию, производству, тестированию и использованию литий-ионных батарей будущие литий-ионные батареи станут более безопасными.

Страница содержит содержимое машинного перевода.