A lítium akkumulátorok a leggyorsabban növekvő akkumulátorrendszerek az elmúlt 20 évben, és széles körben használják elektronikai termékekben.A mobiltelefonok és laptopok közelmúltbeli felrobbanása lényegében egy akkumulátorrobbanás.Hogyan néznek ki a mobiltelefonok és laptopok akkumulátorai, hogyan működnek, miért robbannak fel, és hogyan lehet elkerülni őket.
A mellékhatások akkor jelentkeznek, amikor a lítium cellát 4,2 V-nál magasabb feszültségre túltöltik.Minél nagyobb a túltöltési nyomás, annál nagyobb a kockázat.4,2 V-nál magasabb feszültségeknél, amikor a lítiumatomok kevesebb mint fele maradt a katód anyagában, a tárolócella gyakran összeomlik, ami az akkumulátor kapacitásának tartós csökkenését okozza.Ha a töltés folytatódik, a következő lítium fémek felhalmozódnak a katód anyagának felületén, mivel a katód tároló cellája már tele van lítium atomokkal.Ezek a lítium atomok dendrites kristályokat növesztenek a katód felületéről a lítiumionok irányába.A lítiumkristályok áthaladnak a membránpapíron, rövidre zárva az anódot és a katódot.Néha az akkumulátor rövidzárlat előtt felrobban.Ennek az az oka, hogy a túltöltési folyamat során az olyan anyagok, mint az elektrolitok, megrepednek, és gáz keletkezik, ami az akkumulátorház vagy a nyomásszelep megduzzadását és szétrepedését okozza, ami lehetővé teszi, hogy az oxigén reagáljon a negatív elektróda felületén felgyülemlett lítium atomokkal, és felrobbanjon.
Ezért a lítium akkumulátor töltésekor be kell állítani a feszültség felső határát, figyelembe véve az akkumulátor élettartamát, kapacitását és biztonságát.Az ideális töltési feszültség felső határa 4,2 V.A lítiumcellák kisütésekor is alacsonyabb feszültséghatárt kell alkalmazni.Amikor a cella feszültsége 2,4 V alá esik, az anyag egy része elkezd lebomlani.És mivel az akkumulátor magától kisül, minél hosszabb ideig lesz alacsonyabb a feszültség, ezért a legjobb, ha nem merít 2,4 V-ot a leállításhoz.3,0 V és 2,4 V között a lítium akkumulátorok kapacitásuk csak körülbelül 3%-át adják ki.Ezért a 3,0 V ideális kisülési feszültség.Töltésnél és kisütésnél a feszültségkorlát mellett az áramkorlátra is szükség van.Ha az áram túl magas, a lítium-ionoknak nincs idejük bejutni a tárolócellába, felhalmozódnak az anyag felületén.
Amint ezek az ionok elektronokat nyernek, lítiumatomokat kristályosítanak ki az anyag felületén, ami ugyanolyan veszélyes lehet, mint a túltöltés.Ha az akkumulátorház eltörik, felrobban.Ezért a lítium-ion akkumulátor védelmének tartalmaznia kell legalább a töltési feszültség felső határát, a kisütési feszültség alsó határát és az áram felső határát.Általánosságban elmondható, hogy a lítium akkumulátor magon kívül lesz egy védőlemez is, amely elsősorban ennek a háromnak a védelmét szolgálja.Azonban a védőlemez e három védelem nyilvánvalóan nem elég, a globális lítium akkumulátor robbanás események vagy gyakori.Az akkumulátorrendszerek biztonsága érdekében az akkumulátorrobbanások okának alaposabb elemzésére van szükség.
A robbanás oka:
1. Nagy belső polarizáció;
2.A pólusdarab felszívja a vizet és reakcióba lép az elektrolit gázdobbal;
3. Maga az elektrolit minősége és teljesítménye;
4. A befecskendezett folyadék mennyisége nem felel meg a folyamat követelményeinek;
5. A lézerhegesztési tömítés teljesítménye gyenge az előkészítési folyamat során, és a rendszer levegőszivárgást észlel.
6. A por és a pólusú por könnyen mikrozárlatot okozhat először;
7. A pozitív és negatív lemez vastagabb, mint az eljárási tartomány, nehezen héjazó;
8. Folyadékbefecskendezés tömítési problémája, a gázdobhoz vezető acélgolyók gyenge tömítési teljesítménye;
9. A héj bejövő anyaga a héj fala túl vastag, a héj deformációja befolyásolja a vastagságot;
10. A robbanás fő oka a kinti magas környezeti hőmérséklet is.
A robbanás típusa
A robbanás típusának elemzése Az akkumulátormag-robbanás típusai külső rövidzárlatra, belső rövidzárlatra és túltöltésre oszthatók.A külső itt a cella külsejét jelenti, beleértve a belső akkumulátorcsomag rossz szigetelési kialakítása által okozott rövidzárlatot.Ha rövidzárlat lép fel a cellán kívül, és az elektronikus alkatrészek nem vágják el a hurkot, a cella belsejében nagy hőt termel, ami az elektrolit egy részének, az akkumulátor héjának elpárologtatását okozza.Amikor az akkumulátor belső hőmérséklete eléri a 135 Celsius-fokot, a jó minőségű membránpapír lezárja a finom lyukat, az elektrokémiai reakció leáll, vagy csaknem leáll, az áram zuhan, és a hőmérséklet is lassan csökken, így elkerülhető a robbanás. .De a gyengén záródó vagy egyáltalán nem záródó membránpapír melegen tartja az akkumulátort, több elektrolitot párologtat el, és végül szétreped az akkumulátor burkolata, vagy akár olyan szintre emeli az akkumulátor hőmérsékletét, ahol az anyag megég. és felrobban.A belső rövidzárlatot elsősorban a membránon átszúró rézfólia és alumíniumfólia sorja, vagy a membránt átszúró lítiumatomok dendrites kristályai okozzák.
Ezek az apró, tűszerű fémek mikrozárlatot okozhatnak.Mivel a tű nagyon vékony és bizonyos ellenállásértékkel rendelkezik, az áramerősség nem feltétlenül túl nagy.A réz alumínium fólia sorja a gyártási folyamat során keletkezik.A megfigyelt jelenség az, hogy az akkumulátor túl gyorsan szivárog, és legtöbbjüket cellagyárak vagy összeszerelő üzemek kiszűrhetik.És mivel a sorja kicsi, néha leégnek, így az akkumulátor normál állapotba kerül.Ezért a sorja mikrozárlat által okozott robbanás valószínűsége nem magas.Egy ilyen nézet, gyakran tölteni belülről az egyes cellák gyár, a feszültség az alacsony rossz akkumulátor, de ritkán robbanás, kap statisztikai támogatást.Ezért a belső rövidzárlat okozta robbanást főként a túltöltés okozza.Mivel a túltöltött hátsó elektródalapon mindenhol tűszerű lítium fémkristályok vannak, mindenhol vannak szúrási pontok, és mindenhol mikrozárlat lép fel.Ezért a cella hőmérséklete fokozatosan emelkedik, és végül a magas hőmérséklet elektrolit gázt bocsát ki.Ez a helyzet, függetlenül attól, hogy a hőmérséklet túl magas ahhoz, hogy az anyag égési robbanást okozzon, vagy a héj először eltört, így a levegő és a fém lítium heves oxidációja véget ér a robbanásnak.
De egy ilyen robbanás, amelyet a túltöltés okozta belső rövidzárlat okoz, nem feltétlenül a töltéskor következik be.Lehetséges, hogy a fogyasztók abbahagyják a töltést, és kiveszik a telefonjukat, mielőtt az akkumulátor elég meleg lenne ahhoz, hogy elégethessenek az anyagok, és elég gáz keletkezzen ahhoz, hogy szétrepedjen az akkumulátor burkolata.A számos rövidzárlat által termelt hő lassan felmelegíti az akkumulátort, és egy idő után felrobban.A fogyasztók általános leírása az, hogy felvették a telefont, és azt találták, hogy nagyon forró, majd eldobták és felrobbant.A fenti robbanástípusok alapján a túltöltés megelőzésére, a külső rövidzárlat megelőzésére, a cella biztonságának javítására koncentrálhatunk.Közülük a túltöltés és a külső rövidzárlat megelőzése az elektronikai védelemhez tartozik, amely nagyban összefügg az akkumulátorrendszer és az akkumulátorcsomag kialakításával.A cellabiztonság fejlesztésének kulcsfontosságú pontja a kémiai és mechanikai védelem, amely kiváló kapcsolatot ápol a cellagyártókkal.
Biztonságos rejtett baj
A lítium-ion akkumulátor biztonsága nemcsak magának a cella anyagának a természetétől függ, hanem az előállítási technológiától és az akkumulátor használatától is.A mobiltelefon-akkumulátorok gyakran felrobbannak egyrészt a védelmi áramkör meghibásodása miatt, de ami még fontosabb, az anyagi szempont alapvetően nem oldotta meg a problémát.
A kobaltsav lítium katód aktív anyag egy nagyon kiforrott rendszer a kis akkumulátorokban, de a teljes töltés után még mindig sok lítium ion van az anódon, túltöltéskor várhatóan az anódban maradó lítium ion az anódhoz csapódik. , képződik a katódon, a dendrit kobaltsavas lítium akkumulátor túltöltése következménye, még a normál töltési és kisütési folyamat során is. Felesleges lítium ionok is szabadon juthatnak a negatív elektródhoz, és dendriteket képeznek.A lítium-kobalát anyag elméleti fajlagos energiája több mint 270 mah/g, de a tényleges kapacitás csak a fele az elméleti kapacitásnak, hogy biztosítsa a ciklusteljesítményt.A használat során valamilyen okból (például a vezérlőrendszer károsodása) és az akkumulátor töltési feszültsége túl magas, a pozitív elektródában lévő lítium maradék része az elektroliton keresztül a negatív elektród felületére távozik. a lítium-fém lerakódás formája dendriteket képezve.A dendritek átszúrják a membránt, belső rövidzárlatot hozva létre.
Az elektrolit fő összetevője a karbonát, amelynek alacsony lobbanáspontja és alacsony forráspontja van.Bizonyos körülmények között megég vagy akár fel is robban.Ha az akkumulátor túlmelegszik, az az elektrolitban lévő karbonát oxidációjához és redukciójához vezet, ami sok gázt és több hőt eredményez.Ha nincs biztonsági szelep, vagy a gáz nem szabadul fel a biztonsági szelepen keresztül, az akkumulátor belső nyomása meredeken megemelkedik és robbanást okoz.
A polimer elektrolit lítium-ion akkumulátor alapvetően nem oldja meg a biztonsági problémát, lítium-kobaltsavat és szerves elektrolitot is használnak, és az elektrolit kolloid, nem könnyen szivárog, hevesebb égés következik be, az égés a polimer akkumulátor biztonságának legnagyobb problémája.
Az akkumulátor használatával is vannak problémák.Egy külső vagy belső rövidzárlat néhány száz amperes túláramot produkálhat.Külső rövidzárlat esetén az akkumulátor azonnal nagy áramot ereszt ki, nagy mennyiségű energiát fogyasztva, és hatalmas hőt termel a belső ellenálláson.A belső rövidzárlat nagy áramot képez, és a hőmérséklet emelkedik, aminek következtében a membrán megolvad, a rövidzárlat területe pedig kitágul, így ördögi kör alakul ki.
Lítium-ion akkumulátor elérése érdekében egy cellás 3 ~ 4,2V magas üzemi feszültség, meg kell venni a bomlás a feszültség nagyobb, mint 2V szerves elektrolit, és a szerves elektrolit használata nagy áram, magas hőmérsékletű körülmények között lesz elektrolizált, elektrolitikus gáz, ami megnövekedett belső nyomást eredményez, súlyosan áttöri a héjat.
Túltöltéskor lítium fém csapódhat ki, héjszakadás, levegővel való közvetlen érintkezés esetén égést, egyidejűleg elektrolitot, erős lángot, gyors gáztágulást, robbanást eredményez.
Ezenkívül a mobiltelefonok lítium-ion akkumulátorai a helytelen használat miatt, például extrudálás, ütés és vízbeszívás az akkumulátor tágulásához, deformációjához és repedéséhez stb., amelyek az akkumulátor rövidzárlatához vezetnek, a kisülési vagy töltési folyamat során hőrobbanással.
A lítium akkumulátorok biztonsága:
A nem megfelelő használatból eredő túltöltés vagy túltöltés elkerülése érdekében hármas védelmi mechanizmus van beállítva az egyetlen lítium-ion akkumulátorban.Az egyik a kapcsolóelemek használata, amikor az akkumulátor hőmérséklete megemelkedik, az ellenállása megnő, ha a hőmérséklet túl magas, automatikusan leállítja a tápellátást;A második a megfelelő válaszfal anyag kiválasztása, amikor a hőmérséklet egy bizonyos értékre emelkedik, a válaszfalon lévő mikronos pórusok automatikusan feloldódnak, így a lítium-ionok nem tudnak átjutni, az akkumulátor belső reakciója leáll;A harmadik a biztonsági szelep (vagyis az akkumulátor tetején lévő szellőzőnyílás) beállítása.Amikor az akkumulátor belső nyomása egy bizonyos értékre emelkedik, a biztonsági szelep automatikusan kinyílik, hogy biztosítsa az akkumulátor biztonságát.
Néha, bár maga az akkumulátor rendelkezik biztonsági szabályozással, de bizonyos okok miatt, amelyeket a vezérlés meghibásodása okoz, a biztonsági szelep vagy a gáz hiánya miatt nincs ideje kiengedni a biztonsági szelepen keresztül, az akkumulátor belső nyomása meredeken emelkedik, és egy robbanás.Általában a lítium-ion akkumulátorokban tárolt teljes energia fordítottan arányos a biztonságukkal.Az akkumulátor kapacitásának növekedésével az akkumulátor térfogata is növekszik, és romlik a hőleadási teljesítménye, és nagymértékben megnő a balesetek lehetősége.A mobiltelefonokban használt lítium-ion akkumulátorok esetében alapkövetelmény, hogy a biztonsági balesetek valószínűsége egy az millióhoz kisebb legyen, ami egyben a lakosság által is elfogadható minimum szabvány.A nagy kapacitású lítium-ion akkumulátorok esetében, különösen az autók esetében, nagyon fontos a kényszerített hőelvezetés alkalmazása.
A biztonságosabb elektródaanyagok, a lítium-mangán-oxid anyag kiválasztása a molekulaszerkezet szempontjából annak biztosítására, hogy teljes töltési állapotban a pozitív elektródában lévő lítium-ionok teljesen beágyazódjanak a negatív szénlyukba, alapvetően elkerüli a dendritek képződését.Ugyanakkor a lítium-mangánsav stabil szerkezete, így az oxidációs teljesítménye jóval alacsonyabb, mint a lítium-kobaltsav, a lítium-kobaltsav bomlási hőmérséklete több mint 100 ℃, még a külső külső rövidzárlat (tűzés) miatt is. rövidzárlat, túltöltés, teljesen elkerülhető a kicsapódott lítiumfém által okozott égés és robbanás veszélye.
Ezenkívül a lítium-manganát anyag használata jelentősen csökkentheti a költségeket.
A meglévő biztonsági vezérlési technológia teljesítményének javítása érdekében először a lítium-ion akkumulátormag biztonsági teljesítményét kell javítanunk, ami különösen fontos a nagy kapacitású akkumulátorok esetében.Olyan membránt válasszon, amely jó hőzárással rendelkezik.A membrán szerepe az, hogy elszigetelje az akkumulátor pozitív és negatív pólusait, miközben lehetővé teszi a lítium-ionok áthaladását.Amikor a hőmérséklet emelkedik, a membránt bezárják, mielőtt megolvadna, így a belső ellenállás 2000 ohmra nő, és a belső reakció leáll.Amikor a belső nyomás vagy hőmérséklet eléri az előre beállított szabványt, a robbanásbiztos szelep kinyílik, és megkezdi a nyomáscsökkentést, hogy megakadályozza a belső gáz túlzott felhalmozódását, deformációját, és végül a héj szétrepedését.Javítsa a vezérlés érzékenységét, válasszon érzékenyebb vezérlési paramétereket, és alkalmazza több paraméter kombinált vezérlését (ami különösen fontos a nagy kapacitású akkumulátorok esetében).A nagy kapacitású lítium-ion akkumulátor egy soros/párhuzamos többcellás összetételű, például a notebook számítógép feszültsége meghaladja a 10 V-ot, a nagy kapacitású, általában 3-4 egyakkumulátor-sorozatot használva megfelel a feszültségigényeknek, majd 2-3 sorozat akkumulátorcsomag párhuzamosan, a nagy kapacitás biztosítása érdekében.
Magát a nagy kapacitású akkumulátorcsomagot viszonylag tökéletes védelmi funkcióval kell ellátni, és kétféle áramköri modult is figyelembe kell venni: a ProtecTIonBoardPCB modult és a SmartBatteryGaugeBoard modult.A teljes akkumulátorvédelmi kialakítás a következőket tartalmazza: 1. szintű védelmi IC (az akkumulátor túltöltésének, túlkisülésének, rövidzárlatának megakadályozása), 2. szintű védelmi IC (a második túlfeszültség megakadályozása), biztosíték, LED-jelző, hőmérsékletszabályozás és egyéb alkatrészek.A többszintű védelmi mechanizmus alatt a laptop akkumulátora abnormális teljesítményű töltő és laptop esetén is csak automatikus védelmi állapotba kapcsolható.Ha a helyzet nem súlyos, gyakran normálisan működik, miután csatlakoztatva van és robbanás nélkül eltávolították.
A laptopokban és mobiltelefonokban használt lítium-ion akkumulátorok mögöttes technológia nem biztonságos, ezért biztonságosabb szerkezeteket kell fontolóra venni.
Összefoglalva, az anyagtechnológia fejlődésével és a lítium-ion akkumulátorok tervezésével, gyártásával, tesztelésével és használatával kapcsolatos követelmények elmélyülésével a lítium-ion akkumulátorok jövője biztonságosabbá válik.
Feladás időpontja: 2022-07-07