Litiaj kuirilaroj estas la plej rapide kreskanta bateriosistemo en la pasintaj 20 jaroj kaj estas vaste uzataj en elektronikaj produktoj. La lastatempa eksplodo de poŝtelefonoj kaj tekkomputiloj estas esence baterio-eksplodo. Kiaj aspektas poŝtelefonaj kaj tekkomputiloj, kiel ili funkcias, kial ili eksplodas kaj kiel eviti ilin.
Kromaj efikoj komencas okazi kiam la litia ĉelo estas troŝargita al tensio pli alta ol 4.2V. Ju pli alta estas la troŝarĝa premo, des pli alta la risko. Ĉe tensioj pli altaj ol 4.2V, kiam malpli ol duono de la litio-atomoj restas en la katoda materialo, la stoka ĉelo ofte kolapsas, kaŭzante permanentan malkreskon en la baterikapacito. Se la ŝargo daŭras, postaj litiometaloj amasiĝos sur la surfaco de la katoda materialo, ĉar la stokĉelo de la katodo jam estas plena de litioatomoj. Tiuj litio-atomoj kreskigas dendritajn kristalojn de la katoda surfaco en la direkto de la litiojonoj. La litiokristaloj pasos tra la diafragmpapero, mallongigante la anodon kaj katodon. Foje la baterio eksplodas antaŭ ol okazas kurta cirkvito. Tio estas ĉar dum la troŝarga procezo, materialoj kiel elektrolitoj fendetiĝas por produkti gason, kiu igas la baterujon aŭ preman valvon ŝveliĝi kaj krevi, permesante al oksigeno reagi kun litio-atomoj akumulitaj sur la surfaco de la negativa elektrodo kaj eksplodi.
Tial, kiam litio-baterio ŝargas, necesas agordi la superan limon de tensio, por konsideri la baterian vivon, kapaciton kaj sekurecon. La ideala ŝarĝa tensio supera limo estas 4.2V. Devus ekzisti ankaŭ pli malalta tensiolimo kiam litiaj ĉeloj malŝarĝas. Kiam la ĉeltensio falas sub 2.4V, iuj el la materialo komencas rompiĝi. Kaj ĉar la kuirilaro mem-malŝarĝos, metu des pli longa la tensio estos pli malalta, do plej bone estas ne malŝarĝi 2.4V por ĉesi. De 3.0V ĝis 2.4V, litiaj kuirilaroj liberigas nur ĉirkaŭ 3% de sia kapablo. Sekve, 3.0V estas ideala malŝarĝa fortranĉa tensio. Dum ŝarĝo kaj malŝarĝo, krom la tensiolimo, la nuna limo ankaŭ estas necesa. Kiam la fluo estas tro alta, litiaj jonoj ne havas tempon por eniri la stokan ĉelon, amasiĝos sur la surfaco de la materialo.
Ĉar tiuj jonoj akiras elektronojn, ili kristaligas litiajn atomojn sur la surfaco de la materialo, kio povas esti same danĝera kiel troŝargi. Se la kuirilaro rompiĝas, ĝi eksplodos. Tial, la protekto de litiojona baterio devus almenaŭ inkluzivi la supran limon de ŝarga tensio, malsupran limon de malŝarĝa tensio kaj supran limon de kurento. Ĝenerale, krom la litia baterio-kerno, estos protekta plato, kiu estas ĉefe provizi ĉi tiujn tri protekton. Tamen, la protekto plato de ĉi tiuj tri protekto estas evidente ne sufiĉa, la tutmonda litio baterio eksplodo okazaĵoj aŭ oftaj. Por certigi la sekurecon de bateriaj sistemoj, necesas pli zorgema analizo de la kaŭzo de bateriaj eksplodoj.
Kaŭzo de eksplodo:
1. Granda interna polarizo;
2.La polusa peco sorbas akvon kaj reagas kun la elektrolita gastamburo;
3.La kvalito kaj rendimento de la elektrolito mem;
4.La kvanto de likva injekto ne povas plenumi la procezajn postulojn;
5. La agado de sigelo de lasero veldado estas malbona en la prepara procezo, kaj la aerfluo estas detektita.
6. Polvo kaj pol-peca polvo estas facile kaŭzi mikroshortcirkviton unue;
7.Pozitiva kaj negativa telero pli dika ol la proceza gamo, malfacile senŝeligi;
8. Sigela problemo de likva injekto, malbona sigela agado de ŝtala pilko kondukas al gastamburo;
9.Shell envenanta materiala ŝelo muro estas tro dika, ŝelo-deformado influas la dikecon;
10. La alta ĉirkaŭa temperaturo ekstere ankaŭ estas la ĉefa kaŭzo de la eksplodo.
La eksploda tipo
Eksplodspeco Analizo La specoj de baterio-kerneksplodo povas esti klasifikitaj kiel ekstera kurta cirkvito, interna kurta cirkvito kaj troŝarĝo. La ekstera ĉi tie rilatas al la ekstera de la ĉelo, inkluzive de la kurta cirkvito kaŭzita de la malbona izola dezajno de la interna kuirilaro. Kiam fuŝkontakto okazas ekster la ĉelo, kaj la elektronikaj komponantoj malsukcesas fortranĉi la buklon, la ĉelo generos altan varmegon interne, igante parton de la elektrolito vaporiĝi, la baterioŝelo. Kiam la interna temperaturo de la baterio estas alta ĝis 135 celsiusgradoj, la diafragma papero bonkvalita fermos la fajnan truon, la elektrokemia reago finiĝas aŭ preskaŭ finiĝas, la nuna plonĝas, kaj la temperaturo ankaŭ malrapide falas, tiel evitante la eksplodon. . Sed diafragma papero kun malbona fermofrekvenco, aŭ tiu, kiu tute ne fermiĝas, konservos la kuirilaron varma, vaporigos pli da elektrolito kaj eventuale krevos la kuirilaron aŭ eĉ altigos la bateriotemperaturon ĝis la punkto kie la materialo brulas. kaj eksplodas. La interna kurta cirkvito estas ĉefe kaŭzita de la burr de kupra folio kaj aluminia folio trapikanta la diafragmon, aŭ la dendritaj kristaloj de litiaj atomoj trapikantaj la diafragmon.
Ĉi tiuj etaj, pinglo-similaj metaloj povas kaŭzi mikrokurtcirkvitojn. Ĉar la kudrilo estas tre maldika kaj havas certan rezistan valoron, la fluo ne nepre estas tre granda. La svingoj de kupra aluminio-folio estas kaŭzitaj en la produktada procezo. La observita fenomeno estas ke la baterio likas tro rapide, kaj la plej multaj el ili povas esti elŝiritaj de ĉelfabrikoj aŭ kunigfabrikoj. Kaj ĉar la bavuroj estas malgrandaj, ili foje forbrulas, igante la baterion normala. Tial, la probablo de eksplodo kaŭzita de burr mikro mallonga cirkvito ne estas alta. Tia vido, ofte povas ŝarĝi de la interno de ĉiu ĉelo fabriko, la tensio sur la malalta malbona baterio, sed malofte eksplodo, akiri statistikan subtenon. Tial, la eksplodo kaŭzita de interna fuŝkontakto estas ĉefe kaŭzita de troŝarĝo. Ĉar estas pinglosimilaj litiaj metalkristaloj ĉie sur la troŝarĝita malantaŭa elektrodfolio, trapikpunktoj estas ĉie, kaj mikro-kurta cirkvito okazas ĉie. Tial la ĉela temperaturo iom post iom altiĝos, kaj fine la alta temperaturo elektrolitos gason. Ĉi tiu situacio, ĉu la temperaturo estas tro alta por fari la materiala brulado eksplodo, aŭ la ŝelo estis unue rompita, tiel ke la aero en kaj litio metalo furioza oxidado, estas la fino de la eksplodo.
Sed tia eksplodo, kaŭzita de interna kurta cirkvito kaŭzita de troŝargado, ne nepre okazas en la momento de ŝargado. Eblas, ke konsumantoj ĉesos ŝargi kaj elprenos siajn telefonojn antaŭ ol la baterio estas sufiĉe varma por bruligi materialojn kaj produkti sufiĉe da gaso por krevi la baterion. La varmo generita de la multnombraj mallongaj cirkvitoj malrapide varmigas la kuirilaron kaj, post iom da tempo, eksplodas. La ofta priskribo de konsumantoj estas, ke ili prenis la telefonon kaj trovis, ke ĝi estas tre varma, poste forĵetis ĝin kaj eksplodis. Surbaze de la ĉi-supraj specoj de eksplodo, ni povas koncentriĝi pri la antaŭzorgo de troŝarĝo, la antaŭzorgo de ekstera mallonga cirkvito, kaj plibonigi la sekurecon de la ĉelo. Inter ili, la antaŭzorgo de troŝarĝo kaj ekstera kurta cirkvito apartenas al elektronika protekto, kiu tre rilatas al la dezajno de bateriosistemo kaj kuirilaro. La ŝlosila punkto de ĉela sekureca plibonigo estas kemia kaj mekanika protekto, kiu havas bonegan rilaton kun ĉelproduktantoj.
Sekura kaŝita problemo
La sekureco de litiojona baterio ne nur rilatas al la naturo de la ĉela materialo mem, sed ankaŭ rilatas al la preparteknologio kaj uzo de la baterio. Poŝtelefonaj kuirilaroj ofte eksplodas, unuflanke, pro la fiasko de la protekta cirkvito, sed pli grave, la materia aspekto ne fundamente solvis la problemon.
Kobalta acida litia katodo aktiva materialo estas tre matura sistemo en malgrandaj kuirilaroj, sed post plena ŝarĝo, ankoraŭ estas multaj litiojonoj ĉe la anodo, kiam superŝarĝo, restanta en la anodo de litiojono estas atenditaj amasi al la anodo. , estas formita sur la katodo dendrito estas uzanta kobalto acida litio kuirilaro superŝarĝo korolario, eĉ en la normala ŝarĝo kaj malŝarĝo procezo, Povas ankaŭ esti troo litio jonoj libera al la negativa elektrodo formi dendrites. La teoria specifa energio de litia kobalata materialo estas pli ol 270 mah/g, sed la fakta kapablo estas nur duono de la teoria kapablo certigi ĝian bicikladon. En la procezo de uzo, pro ia kialo (kiel damaĝo al la mastruma sistemo) kaj la tensio de ŝargado de la kuirilaro estas tro alta, la restanta parto de litio en la pozitiva elektrodo estos forigita, tra la elektrolito al la negativa elektroda surfaco en la formo de litia metala demetaĵo por formi dendritojn. Dendritoj Trapikas la diafragmon, kreante internan mallongan cirkviton.
La ĉefa komponanto de la elektrolito estas karbonato, kiu havas malaltan flampunkton kaj malaltan bolpunkton. Ĝi brulos aŭ eĉ eksplodos sub certaj kondiĉoj. Se la kuirilaro trovarmiĝas, ĝi kondukos al la oksigenado kaj redukto de la karbonato en la elektrolito, rezultigante multe da gaso kaj pli da varmo. Se ne ekzistas sekureca valvo aŭ la gaso ne estas liberigita tra la sekureca valvo, la interna premo de la baterio akre altiĝos kaj kaŭzos eksplodon.
Polimera elektrolita litiojona baterio ne fundamente solvas la sekurecan problemon, litia kobalta acido kaj organika elektrolito ankaŭ estas uzataj, kaj la elektrolito estas koloida, ne facile likebla, okazos pli perforta brulado, brulado estas la plej granda problemo de polimera kuirilaro sekureco.
Estas ankaŭ iuj problemoj kun la uzo de la baterio. Ekstera aŭ interna kurta cirkvito povas produkti kelkajn centojn da amperoj da troa kurento. Kiam okazas ekstera mallonga cirkvito, la kuirilaro tuj malŝarĝas grandan kurenton, konsumante grandan kvanton da energio kaj generante grandegan varmegon sur la interna rezisto. La interna kurta cirkvito formas grandan kurenton, kaj la temperaturo altiĝas, kaŭzante la diafragmon fandi kaj la kurta cirkvito disetendiĝas, tiel formante malvirtan ciklon.
Litiojona kuirilaro por atingi ununuran ĉelon 3 ~ 4.2V altan labortensio, devas preni la malkomponaĵo de la tensio estas pli granda ol 2V organika elektrolito, kaj la uzo de organika elektrolito en alta fluo, alta temperaturo kondiĉoj estos elektroliza, elektroliza. gaso, rezultanta en pliigita interna premo, serioza trarompos la ŝelo.
Troŝarĝo povas precipiti litian metalon, en la kazo de ŝelo rompo, rekta kontakto kun aero, rezultanta en brulado, samtempe ŝaltita elektrolito, forta flamo, rapida ekspansio de gaso, eksplodo.
Krome, por poŝtelefona litiojona baterio, pro nekonvena uzo, kiel eltrudado, trafo kaj akvokonsumado kondukas al baterio ekspansio, deformado kaj krakado, ktp., kio kondukos al kuirilaro mallonga cirkvito, en la malŝarĝo aŭ ŝarĝo procezo kaŭzita. per varmega eksplodo.
Sekureco de litio-kuirilaroj:
Por eviti troan malŝarĝon aŭ troŝarĝon kaŭzitan de nekonvena uzo, triobla protekta mekanismo estas fiksita en ununura litiojona baterio. Unu estas la uzo de ŝanĝantaj elementoj, kiam la temperaturo de la kuirilaro altiĝas, ĝia rezisto altiĝos, kiam la temperaturo estas tro alta, aŭtomate ĉesos la nutradon; La dua estas elekti la taŭgan vandomaterialon, kiam la temperaturo altiĝas al certa valoro, la mikronaj poroj sur la vando aŭtomate dissolviĝos, tiel ke litiaj jonoj ne povas pasi, la interna reago de la kuirilaro ĉesas; La tria estas starigi la sekurecan valvon (tio estas, la venttruo sur la supro de la baterio). Kiam la interna premo de la baterio altiĝas al certa valoro, la sekureca valvo malfermos aŭtomate por certigi la sekurecon de la baterio.
Kelkfoje, kvankam la kuirilaro mem havas sekureckontrolajn mezurojn, sed pro iuj kialoj kaŭzitaj de la fiasko de kontrolo, la manko de sekureca valvo aŭ gaso ne havas tempon por liberigi tra la sekureca valvo, la interna premo de la baterio akre altiĝos kaj kaŭzos. eksplodo. Ĝenerale, la totala energio stokita en litiojonaj baterioj estas inverse proporcia al ilia sekureco. Ĉar la kapablo de la baterio pliiĝas, la volumo de la kuirilaro ankaŭ pliiĝas, kaj ĝia varmodissipa rendimento plimalboniĝas, kaj la ebleco de akcidentoj multe pliiĝos. Por litio-jonaj kuirilaroj uzataj en poŝtelefonoj, la baza postulo estas, ke la probablo de sekurecaj akcidentoj estu malpli ol unu el miliono, kio ankaŭ estas la minimuma normo akceptebla por la publiko. Por grandkapacaj litiojonaj baterioj, precipe por aŭtoj, estas tre grave adopti malvolan varmodissipadon.
La elekto de pli sekuraj elektrodaj materialoj, litio-mangan-oksida materialo, laŭ molekula strukturo por certigi, ke en plena ŝarga stato, la litiaj jonoj en la pozitiva elektrodo estis tute enigitaj en la negativan karbontruon, fundamente evitas la generacion de dendritoj. Samtempe, la stabila strukturo de litia kobalta acido, tiel ke ĝia oksigena agado estas multe pli malalta ol litia kobalta acido, malkomponiĝotemperaturo de litia kobalta acido pli ol 100 ℃, eĉ pro ekstera ekstera mallonga cirkvito (pikado), ekstera. fuŝkontakto, troŝarĝado, ankaŭ povas tute eviti la danĝeron de brulado kaj eksplodo kaŭzita de precipita litia metalo.
Krome, la uzo de litia manganato-materialo ankaŭ povas multe redukti la koston.
Por plibonigi la agadon de la ekzistanta sekureca kontrola teknologio, ni unue devas plibonigi la sekurecan agadon de litiojona baterio-kerno, kiu estas precipe grava por granda kapacitaj kuirilaroj. Elektu diafragmon kun bona termika ferma rendimento. La rolo de la diafragmo estas izoli la pozitivajn kaj negativajn polusojn de la baterio permesante la trairejon de litiojonoj. Kiam la temperaturo altiĝas, la membrano estas fermita antaŭ ol ĝi degelas, levante la internan reziston al 2,000 ohmoj kaj fermante la internan reagon. Kiam la interna premo aŭ temperaturo atingas la antaŭfiksitan normon, la eksplod-rezista valvo malfermos kaj komencos malpezigi premon por malhelpi troan amasiĝon de interna gaso, deformado, kaj eventuale konduki al ŝelo eksplodo. Plibonigu la kontrolsentemon, elektu pli sentemajn kontrolparametrojn kaj adoptu la kombinitan kontrolon de multoblaj parametroj (kio estas precipe grava por grandaj kapacitaj kuirilaroj). Por granda kapacito litio-jona baterio pako estas serio/paralela multnombraj ĉeloj komponado, kiel tekkomputilo tensio estas pli ol 10V, granda kapablo, ĝenerale uzante 3 al 4 ununuraj baterioj serio povas renkonti la tensio postuloj, kaj tiam 2 al 3 serio de kuirilaro paralela, por certigi grandan kapaciton.
La alt-kapacita baterio-pakaĵo mem devas esti ekipita per relative perfekta protekta funkcio, kaj ankaŭ du specoj de cirkvitaj moduloj devus esti konsiderataj: ProtecTIonBoardPCB-modulo kaj SmartBatteryGaugeBoard-modulo. La tuta bateria protekto-dezajno inkluzivas: nivelo 1-protekto IC (malhelpi baterian troŝarĝon, tromalŝarĝon, mallongan cirkviton), nivelon 2-protektan IC (malhelpi duan trotension), fuzeon, LED-indikilon, temperaturreguladon kaj aliajn komponantojn. Sub la plurnivela protekta mekanismo, eĉ en la kazo de nenormala potenca ŝargilo kaj tekkomputilo, la tekkomputila baterio nur povas esti ŝanĝita al la aŭtomata protekta stato. Se la situacio ne estas grava, ĝi ofte funkcias normale post esti ŝtopita kaj forigita sen eksplodo.
La subesta teknologio uzata en litiojonaj baterioj uzataj en tekokomputiloj kaj poŝtelefonoj estas nesekura, kaj pli sekuraj strukturoj devas esti pripensitaj.
Konklude, kun la progreso de materiala teknologio kaj la profundiĝo de la kompreno de homoj pri la postuloj por la dezajno, fabrikado, testado kaj uzo de litiojonaj kuirilaroj, la estonteco de litiojonaj kuirilaroj fariĝos pli sekura.
Afiŝtempo: Mar-07-2022