Litium batareyalar son 20 ildə ən sürətlə inkişaf edən batareya sistemidir və elektron məhsullarda geniş istifadə olunur.Son zamanlar cib telefonlarının və noutbukların partlaması əslində batareya partlayışıdır.Mobil telefon və noutbuk batareyaları necə görünür, necə işləyir, niyə partlayır və onlardan necə qorunmaq olar.
Litium hüceyrəsi 4,2V-dən yüksək gərginliyə yükləndikdə yan təsirlər meydana çıxmağa başlayır.Həddindən artıq yükləmə təzyiqi nə qədər yüksək olarsa, risk bir o qədər yüksəkdir.4.2V-dən yüksək gərginliklərdə, litium atomlarının yarısından azı katod materialında qaldıqda, saxlama hüceyrəsi tez-tez çökür və batareyanın tutumunun daimi azalmasına səbəb olur.Yüklənmə davam edərsə, sonrakı litium metalları katod materialının səthində yığılacaq, çünki katodun anbar hüceyrəsi artıq litium atomları ilə doludur.Bu litium atomları litium ionları istiqamətində katod səthindən dendritik kristallar yetişdirirlər.Litium kristalları diafraqma kağızından keçərək anod və katodu qısaldır.Bəzən qısaqapanmadan əvvəl batareya partlayır.Bunun səbəbi, həddindən artıq yükləmə prosesi zamanı elektrolitlər kimi materialların çatlaması nəticəsində akkumulyator korpusunun və ya təzyiq klapanının şişməsinə və partlamasına səbəb olan qaz əmələ gəlir, bu da oksigenin mənfi elektrodun səthində yığılmış litium atomları ilə reaksiyaya girməsinə və partlamasına imkan verir.
Buna görə də, litium batareyasını doldurarkən, batareyanın ömrünü, tutumunu və təhlükəsizliyini nəzərə almaq üçün yuxarı gərginlik həddini təyin etmək lazımdır.İdeal doldurma gərginliyi yuxarı həddi 4.2V-dir.Litium hüceyrələri boşaldıqda daha aşağı gərginlik limiti də olmalıdır.Hüceyrə gərginliyi 2.4V-dən aşağı düşdükdə materialın bir hissəsi parçalanmağa başlayır.Batareyanın özünü boşaldacağı üçün, gərginlik nə qədər az olacaq, ona görə də dayandırmaq üçün 2.4V boşalmamaq yaxşıdır.3.0V-dan 2.4V-ə qədər litium batareyaları tutumlarının yalnız 3%-ni buraxır.Buna görə 3.0V ideal boşalma kəsmə gərginliyidir.Doldurma və boşaltma zamanı gərginlik həddinə əlavə olaraq, cari həddi də lazımdır.Cari çox yüksək olduqda, litium ionları saxlama hüceyrəsinə daxil olmaq üçün vaxt tapmır, materialın səthində toplanacaq.
Bu ionlar elektron qazandıqca, materialın səthində litium atomlarını kristallaşdırır və bu, həddindən artıq yüklənmə kimi təhlükəli ola bilər.Batareya qutusu qırılsa, partlayacaq.Buna görə də, litium-ion batareyanın qorunması ən azı yükləmə gərginliyinin yuxarı həddi, boşalma gərginliyinin aşağı həddi və cərəyanın yuxarı həddini əhatə etməlidir.Ümumiyyətlə, litium batareyanın nüvəsinə əlavə olaraq, əsasən bu üç qorunmanı təmin edən bir qoruyucu lövhə olacaq.Bununla belə, bu üç qorunmanın qorunma lövhəsi açıq şəkildə kifayət deyil, qlobal litium batareya partlayış hadisələri və ya tez-tez.Batareya sistemlərinin təhlükəsizliyini təmin etmək üçün batareya partlayışlarının səbəblərinin daha diqqətli təhlili lazımdır.
Partlayışın səbəbi:
1. Böyük daxili qütbləşmə;
2. Qütb parçası suyu udur və elektrolit qaz tamburu ilə reaksiya verir;
3. Elektrolitin özünün keyfiyyəti və performansı;
4.Maye inyeksiyasının miqdarı proses tələblərinə cavab verə bilməz;
5. Lazer qaynaq möhürünün performansı hazırlıq prosesində zəifdir və hava sızması aşkar edilir.
6. Toz və dirək-parçalı toz ilk olaraq mikroqısa dövrəyə səbəb olur;
7. Proses diapazonundan daha qalın olan müsbət və mənfi boşqab, qabıqlanması çətin;
8. Maye enjeksiyonunun sızdırmazlığı problemi, polad topun zəif sızdırmazlığı qaz barabanına gətirib çıxarır;
9.Shell daxil olan material shell divar çox qalın, shell deformasiya qalınlığı təsir edir;
10. Çöldəki yüksək mühit temperaturu da partlayışın əsas səbəbidir.
Partlayış növü
Partlayış tipinin təhlili Batareyanın nüvəsinin partlama növlərini xarici qısaqapanma, daxili qısaqapanma və həddindən artıq yükləmə kimi təsnif etmək olar.Burada xarici, daxili batareya paketinin zəif izolyasiya dizaynı nəticəsində yaranan qısa qapanma da daxil olmaqla, hüceyrənin xarici hissəsinə aiddir.Hüceyrə xaricində qısaqapanma baş verdikdə və elektron komponentlər döngəni kəsə bilmədikdə, hüceyrə içəridə yüksək istilik əmələ gətirərək elektrolitin bir hissəsinin, batareya qabığının buxarlanmasına səbəb olur.Batareyanın daxili temperaturu 135 dərəcə Selsi yüksək olduqda, keyfiyyətli diafraqma kağızı incə çuxuru bağlayacaq, elektrokimyəvi reaksiya dayandırılır və ya demək olar ki, dayandırılır, cərəyan düşür və temperatur da yavaş-yavaş azalır, beləliklə partlayışın qarşısını alır. .Lakin bağlanma sürəti zəif olan və ya ümumiyyətlə bağlanmayan diafraqma kağızı batareyanı isti saxlayacaq, daha çox elektrolit buxarlayacaq və nəticədə batareyanın korpusunu partlayacaq və ya hətta batareyanın temperaturunu materialın yanacağı nöqtəyə qaldıracaq. və partlayır.Daxili qısaqapanma, əsasən, diafraqmanı deşən mis folqa və alüminium folqa və ya litium atomlarının dendritik kristallarının diafraqmanı deşməsi nəticəsində yaranır.
Bu kiçik, iynə kimi metallar mikroqısa dövrələrə səbəb ola bilər.İğnə çox nazik olduğundan və müəyyən bir müqavimət dəyərinə malik olduğundan, cərəyanın çox böyük olması mütləq deyil.İstehsal prosesində mis alüminium folqa burulmalarına səbəb olur.Müşahidə olunan fenomen batareyanın çox tez sızmasıdır və onların əksəriyyəti hüceyrə fabrikləri və ya montaj zavodları tərəfindən yoxlanıla bilər.Və buruqlar kiçik olduğu üçün bəzən yanaraq batareyanı normal vəziyyətə gətirir.Buna görə də, burr mikro qısaqapanmanın səbəb olduğu partlayış ehtimalı yüksək deyil.Belə bir görünüş, tez-tez hər bir hüceyrə fabrikinin içərisindən şarj edə bilər, aşağı pis batareyada gərginlik, lakin nadir hallarda partlayış, statistik dəstək alır.Buna görə daxili qısaqapanma nəticəsində yaranan partlayış, əsasən, həddindən artıq yüklənmədən qaynaqlanır.Həddindən artıq yüklənmiş arxa elektrod təbəqəsinin hər yerində iynə kimi litium metal kristalları olduğundan, deşilmə nöqtələri hər yerdədir və hər yerdə mikro-qısaqapanma baş verir.Buna görə də, hüceyrə temperaturu tədricən yüksələcək və nəhayət yüksək temperatur qazı elektrolit edəcək.Bu vəziyyət, temperaturun materialın yanma partlayışını etmək üçün çox yüksək olması və ya qabığın ilk dəfə qırıldığı, beləliklə içindəki hava və litium metalının şiddətli oksidləşməsi, partlayışın sonu.
Ancaq həddindən artıq yükləmə nəticəsində yaranan daxili qısaqapanma nəticəsində yaranan belə bir partlayış, mütləq doldurulma zamanı baş vermir.Mümkündür ki, batareya materialları yandırmaq və batareyanın korpusunu partlatmaq üçün kifayət qədər qaz hasil etmək üçün kifayət qədər qızmadan əvvəl istehlakçılar şarj etməyi dayandırıb telefonlarını çıxaracaqlar.Çoxsaylı qısaqapanmaların yaratdığı istilik batareyanı yavaş-yavaş qızdırır və bir müddət sonra partlayır.İstehlakçıların ümumi təsviri ondan ibarətdir ki, onlar telefonu götürüb çox isti olduğunu gördülər, sonra onu atıb partladılar.Yuxarıdakı partlayış növlərinə əsaslanaraq, biz həddindən artıq yüklənmənin qarşısının alınmasına, xarici qısaqapanmanın qarşısının alınmasına və hüceyrənin təhlükəsizliyini yaxşılaşdıra bilərik.Onların arasında, həddindən artıq yüklənmənin və xarici qısaqapanmanın qarşısının alınması, batareya sisteminin və batareya paketinin dizaynı ilə çox əlaqəli olan elektron mühafizəyə aiddir.Hüceyrə təhlükəsizliyinin təkmilləşdirilməsinin əsas nöqtəsi hüceyrə istehsalçıları ilə əla əlaqəsi olan kimyəvi və mexaniki qorunmadır.
Təhlükəsiz gizli problem
Litium ion batareyasının təhlükəsizliyi yalnız hüceyrə materialının təbiəti ilə deyil, həm də batareyanın hazırlanması texnologiyası və istifadəsi ilə bağlıdır.Cib telefonunun batareyaları bir tərəfdən mühafizə dövrəsinin sıradan çıxması səbəbindən tez-tez partlayır, lakin daha da əhəmiyyətlisi, maddi cəhət problemi kökündən həll etməyib.
Kobalt turşusu litium katod aktiv materialı kiçik batareyalarda çox yetkin bir sistemdir, lakin tam doldurulduqdan sonra anodda hələ də çoxlu litium ionları var, həddindən artıq yükləndikdə, anodda qalan litium ionunun anoda axması gözlənilir. , Katod dendritində əmələ gəlir, kobalt turşusu litium batareyasının həddindən artıq doldurulması nəticəsində, hətta normal yükləmə və boşalma prosesində də, dendritlər yaratmaq üçün mənfi elektroda pulsuz artıq litium ionları da ola bilər.Litium kobalat materialının nəzəri xüsusi enerjisi 270 mah / g-dən çoxdur, lakin faktiki tutum onun velosiped performansını təmin etmək üçün nəzəri gücün yalnız yarısıdır.İstifadə prosesində, nədənsə (məsələn, idarəetmə sisteminin zədələnməsi) və batareyanın doldurulma gərginliyinin çox yüksək olması səbəbindən müsbət elektrodda litiumun qalan hissəsi elektrolit vasitəsilə mənfi elektrod səthinə çıxarılacaq. dendritlər yaratmaq üçün litium metal çökmə forması.Dendrites Diafraqmanı deşərək daxili qısaqapanma yaradır.
Elektrolitin əsas komponenti aşağı alovlanma nöqtəsi və aşağı qaynama nöqtəsi olan karbonatdır.Müəyyən şərtlər altında yanacaq və ya hətta partlayacaq.Batareya həddindən artıq qızarsa, bu, elektrolitdəki karbonatın oksidləşməsinə və azalmasına səbəb olacaq, nəticədə çoxlu qaz və daha çox istilik yaranacaq.Təhlükəsizlik klapan yoxdursa və ya qaz təhlükəsizlik klapan vasitəsilə buraxılmırsa, batareyanın daxili təzyiqi kəskin şəkildə yüksələcək və partlayışa səbəb olacaqdır.
Polimer elektrolit litium ion batareyası təhlükəsizlik problemini əsaslı şəkildə həll etmir, litium kobalt turşusu və üzvi elektrolit də istifadə olunur və elektrolit kolloiddir, sızması asan deyil, daha şiddətli yanma baş verəcək, yanma polimer batareyasının təhlükəsizliyinin ən böyük problemidir.
Batareyanın istifadəsi ilə bağlı bəzi problemlər də var.Xarici və ya daxili qısaqapanma bir neçə yüz amper həddindən artıq cərəyan yarada bilər.Xarici qısaqapanma baş verdikdə, batareya dərhal böyük bir cərəyanı boşaldır, çox miqdarda enerji istehlak edir və daxili müqavimətdə böyük istilik yaradır.Daxili qısaqapanma böyük bir cərəyan əmələ gətirir və temperatur yüksəlir, bu da diafraqmanın əriməsinə və qısaqapanma sahəsinin genişlənməsinə səbəb olur və beləliklə, pis dövrə əmələ gəlir.
Tək hüceyrəli 3 ~ 4.2V yüksək iş gərginliyinə nail olmaq üçün litium ion batareyası, gərginliyin parçalanmasını 2V üzvi elektrolitdən çox almalıdır və yüksək cərəyanda üzvi elektrolitin istifadəsi, yüksək temperatur şəraitində elektroliz ediləcək, elektrolitik qaz, artan daxili təzyiq nəticəsində, qabığı ciddi şəkildə qıracaq.
Həddindən artıq yüklənmə litium metalını çökdürə bilər, qabığın yırtılması, hava ilə birbaşa təması nəticəsində yanma, eyni zamanda alovlanma elektroliti, güclü alov, qazın sürətlə genişlənməsi, partlayış.
Bundan əlavə, cib telefonu litium-ion batareyası üçün, ekstruziya, təsir və su qəbulu kimi düzgün istifadə edilməməsi səbəbindən batareyanın genişlənməsi, deformasiyası və çatlaması və s. istilik partlayışı ilə.
Litium batareyaların təhlükəsizliyi:
Yanlış istifadə nəticəsində həddindən artıq boşalmanın və ya həddindən artıq yüklənmənin qarşısını almaq üçün tək litium-ion batareyada üçlü qoruma mexanizmi qurulur.Biri keçid elementlərinin istifadəsidir, batareyanın temperaturu yüksəldikdə onun müqaviməti yüksələcək, temperatur çox yüksək olduqda, enerji təchizatı avtomatik olaraq dayandırılır;İkincisi, müvafiq arakəsmə materialını seçməkdir, temperatur müəyyən bir dəyərə yüksəldikdə, bölmədəki mikron məsamələri avtomatik olaraq həll ediləcək, beləliklə litium ionları keçə bilməz, batareyanın daxili reaksiyası dayanır;Üçüncüsü, təhlükəsizlik klapanını (yəni, batareyanın üstündəki havalandırma çuxuru) qurmaqdır.Batareyanın daxili təzyiqi müəyyən bir dəyərə yüksəldikdə, batareyanın təhlükəsizliyini təmin etmək üçün təhlükəsizlik klapan avtomatik olaraq açılacaqdır.
Bəzən, batareyanın özündə təhlükəsizlik nəzarət tədbirləri olsa da, lakin idarəetmə nasazlığından qaynaqlanan bəzi səbəblərə görə, təhlükəsizlik klapanının və ya qazın olmaması təhlükəsizlik klapanından boşalmağa vaxt tapmır, batareyanın daxili təzyiqi kəskin yüksəlir və partlayış.Ümumiyyətlə, litium-ion batareyalarda saxlanılan ümumi enerji onların təhlükəsizliyi ilə tərs mütənasibdir.Batareyanın tutumu artdıqca, batareyanın həcmi də artır və onun istilik yayma göstəriciləri pisləşir və qəza ehtimalı çox artacaq.Cib telefonlarında istifadə edilən litium-ion batareyaları üçün əsas tələb təhlükəsizlik qəzalarının ehtimalının milyonda birdən az olmasıdır ki, bu da ictimaiyyət üçün məqbul olan minimum standartdır.Böyük tutumlu litium-ion batareyaları üçün, xüsusən də avtomobillər üçün məcburi istilik yayılmasını qəbul etmək çox vacibdir.
Tam yük vəziyyətində müsbət elektroddakı litium ionlarının tamamilə mənfi karbon çuxuruna daxil olmasını təmin etmək üçün molekulyar quruluş baxımından daha təhlükəsiz elektrod materiallarının, litium manqan oksid materialının seçilməsi, dendritlərin yaranmasının qarşısını alır.Eyni zamanda, litium manqan turşusunun sabit quruluşu, oksidləşmə performansı litium kobalt turşusundan çox aşağıdır, litium kobalt turşusunun parçalanma temperaturu 100 ℃-dən çox, hətta xarici xarici qısaqapanma (iynələmə), xarici qısaqapanma, həddindən artıq yükləmə, həmçinin çökmüş litium metalın səbəb olduğu yanma və partlayış təhlükəsindən tamamilə qaçınmaq olar.
Bundan əlavə, litium manqanat materialının istifadəsi də xərcləri xeyli azalda bilər.
Mövcud təhlükəsizlik nəzarət texnologiyasının işini yaxşılaşdırmaq üçün ilk növbədə böyük tutumlu batareyalar üçün vacib olan litium-ion batareya nüvəsinin təhlükəsizlik performansını yaxşılaşdırmalıyıq.Yaxşı termal bağlama performansı olan bir diafraqma seçin.Diafraqmanın rolu litium ionlarının keçməsinə icazə verərkən batareyanın müsbət və mənfi qütblərini təcrid etməkdir.Temperatur yüksəldikdə, membran ərimədən əvvəl bağlanır, daxili müqaviməti 2000 ohm-a qaldırır və daxili reaksiyanı dayandırır.Daxili təzyiq və ya temperatur əvvəlcədən təyin edilmiş standarta çatdıqda, partlayışa davamlı klapan açılacaq və daxili qazın həddindən artıq yığılmasının, deformasiyanın qarşısını almaq üçün təzyiqi boşaltmağa başlayacaq və nəticədə qabığın partlamasına səbəb olacaqdır.Nəzarət həssaslığını yaxşılaşdırın, daha həssas idarəetmə parametrlərini seçin və çoxlu parametrlərin birləşmiş nəzarətini qəbul edin (bu, böyük tutumlu batareyalar üçün xüsusilə vacibdir).Böyük tutumlu litium-ion batareya paketi seriyalı/paralel çoxlu hüceyrə tərkibidir, məsələn, notebook kompüterinin gərginliyi 10V-dan çox, böyük tutumlu, ümumiyyətlə 3-4 tək batareya seriyası istifadə edərək gərginlik tələblərinə cavab verə bilər və sonra 2-3 seriyası. böyük tutumu təmin etmək üçün batareya paketini paralel yerləşdirin.
Yüksək tutumlu batareya paketinin özü nisbətən mükəmməl qoruma funksiyası ilə təchiz edilməlidir və iki növ elektron lövhə modulu da nəzərə alınmalıdır: ProtecTIonBoardPCB modulu və SmartBatteryGaugeBoard modulu.Bütün batareyanın mühafizəsi dizaynına daxildir: səviyyə 1 qoruma IC (batareyanın həddindən artıq yüklənməsinin, həddindən artıq boşalmanın, qısa qapanmanın qarşısını almaq), səviyyə 2 qoruma IC (ikinci həddindən artıq gərginliyin qarşısını almaq), qoruyucu, LED göstəricisi, temperaturun tənzimlənməsi və digər komponentlər.Çox səviyyəli qorunma mexanizmi altında, hətta anormal enerji doldurucusu və noutbuku vəziyyətində belə, laptopun batareyası yalnız avtomatik qorunma vəziyyətinə keçə bilər.Vəziyyət ciddi deyilsə, tez-tez tıxacdan və partlamadan çıxarıldıqdan sonra normal işləyir.
Noutbuklarda və cib telefonlarında istifadə edilən litium-ion batareyalarında istifadə edilən əsas texnologiya təhlükəlidir və daha təhlükəsiz strukturlar nəzərə alınmalıdır.
Nəticə olaraq, maddi texnologiyanın tərəqqisi və insanların litium ion batareyalarının dizaynı, istehsalı, sınaqdan keçirilməsi və istifadəsi üçün tələblər haqqında anlayışının dərinləşməsi ilə litium ion batareyalarının gələcəyi daha təhlükəsiz olacaqdır.
Göndərmə vaxtı: 07 mart 2022-ci il