Lithium rafhlöður eru ört vaxandi rafhlöðukerfi undanfarin 20 ár og eru mikið notaðar í rafeindavörum.Nýleg sprenging í farsímum og fartölvum er í raun rafhlöðusprenging.Hvernig rafhlöður fyrir farsíma og fartölvur líta út, hvernig þær virka, hvers vegna þær springa og hvernig á að forðast þær.
Aukaverkanir byrja að koma fram þegar litíum fruman er ofhlaðin í hærri spennu en 4,2V.Því hærri sem ofhleðsluþrýstingur er, því meiri áhætta.Við hærri spennu en 4,2V, þegar minna en helmingur litíumatóma er eftir í bakskautsefninu, hrynur geymslufruman oft, sem veldur varanlegum samdrætti rafhlöðunnar.Ef hleðslan heldur áfram munu síðari litíummálmar hrannast upp á yfirborð bakskautsefnisins, þar sem geymsluklefa bakskautsins er þegar full af litíumatómum.Þessi litíumatóm vaxa dendritic kristalla frá bakskautyfirborðinu í átt að litíumjónunum.Litíumkristallarnir munu fara í gegnum þindpappírinn og stytta rafskautið og bakskautið.Stundum springur rafhlaðan áður en skammhlaup verður.Það er vegna þess að í ofhleðsluferlinu sprunga efni eins og raflausnir til að framleiða gas sem veldur því að rafhlöðuhlífin eða þrýstiventillinn bólgna og springur, sem gerir súrefni kleift að hvarfast við litíumatóm sem safnast fyrir á yfirborði neikvæða rafskautsins og springa.
Þess vegna, þegar litíum rafhlaða er hleðst, er nauðsynlegt að stilla efri mörk spennu til að taka tillit til endingartíma rafhlöðunnar, getu og öryggis.Tilvalin efri mörk hleðsluspennu eru 4,2V.Það ætti líka að vera lægri spennumörk þegar litíumfrumur tæmast.Þegar frumuspennan fer niður fyrir 2,4V byrjar hluti af efninu að brotna niður.Og vegna þess að rafhlaðan mun sjálfafhleðsla, settu því lengur sem spennan verður lægri, þess vegna er best að tæma ekki 2,4V til að hætta.Frá 3,0V til 2,4V losa litíum rafhlöður aðeins um 3% af afkastagetu sinni.Þess vegna er 3,0V tilvalin losunarspenna.Við hleðslu og afhleðslu, til viðbótar við spennumörkin, eru straummörkin einnig nauðsynleg.Þegar straumurinn er of hár, hafa litíumjónir ekki tíma til að komast inn í geymsluklefann, safnast upp á yfirborði efnisins.
Þegar þessar jónir fá rafeindir kristallast þær litíumatóm á yfirborði efnisins, sem getur verið jafn hættulegt og ofhleðsla.Ef rafhlöðuhólfið brotnar mun það springa.Þess vegna ætti vernd litíumjónarafhlöðu að minnsta kosti að innihalda efri mörk hleðsluspennu, neðri mörk afhleðsluspennu og efri mörk straums.Almennt, til viðbótar við litíum rafhlöðukjarna, verður verndarplata, sem er aðallega til að veita þessar þrjár vernd.Hins vegar er verndarplata þessara þriggja verndar augljóslega ekki nóg, alþjóðlegir litíum rafhlaða sprengingar eða tíðir.Til að tryggja öryggi rafhlöðukerfa er þörf á nákvæmari greiningu á orsökum rafhlöðusprenginga.
Orsök sprengingar:
1. Stór innri skautun;
2.Stöng stykkið gleypir vatn og hvarfast við raflausn gas tromma;
3.Gæði og árangur raflausnarinnar sjálfs;
4. Magn vökva innspýtingar getur ekki uppfyllt ferli kröfur;
5. Afköst leysisuðuþéttisins eru léleg í undirbúningsferlinu og loftleki greinist.
6. Auðvelt er að valda örskammhlaupi fyrst ryk og stöng-stykki ryk;
7.Jákvæð og neikvæð plata þykkari en ferlisviðið, erfitt að skel;
8. Lokavandamál vökvainnspýtingar, léleg þéttingarárangur stálkúlunnar leiðir til gastromma;
9.Skel komandi efni skel veggur er of þykkur, skel aflögun hefur áhrif á þykkt;
10. Hátt umhverfishiti úti er einnig aðalorsök sprengingarinnar.
Sprengingartegundin
Sprengingartegund Greining Tegundir rafhlöðukjarnasprenginga má flokka sem ytri skammhlaup, innri skammhlaup og ofhleðslu.Ytra vísar hér til ytra hluta frumunnar, þar með talið skammhlaupsins sem stafar af lélegri einangrunarhönnun innri rafhlöðupakkans.Þegar skammhlaup verður fyrir utan klefann og rafeindahlutirnir ná ekki að slíta lykkjuna, mun fruman mynda mikinn hita inni, sem veldur því að hluti raflausnarinnar gufar upp, rafhlöðuskel.Þegar innra hitastig rafhlöðunnar er hátt í 135 gráður á Celsíus mun þindpappírinn af góðum gæðum loka fínu gatinu, rafefnahvarfinu er hætt eða næstum því slitið, straumurinn lækkar og hitastigið lækkar einnig hægt og þannig forðast sprenginguna .En þindpappír með lélegan lokunarhraða, eða sá sem lokar alls ekki, mun halda rafhlöðunni heitri, gufa upp meiri raflausn og að lokum springa rafhlöðuhlífina, eða jafnvel hækka hitastig rafhlöðunnar að því marki að efnið brennur og springur.Innri skammhlaupið stafar aðallega af því að koparþynnur og álþynnur stinga í gegnum þindið, eða dendritic kristallar litíumatóma sem stinga í gegnum þindið.
Þessir örsmáu, nálarlíku málmar geta valdið örskammrásum.Vegna þess að nálin er mjög þunn og hefur ákveðið viðnámsgildi er straumurinn ekki endilega mjög mikill.Burrs af kopar álpappír stafar í framleiðsluferlinu.Fyrirbærið sem kom fram er að rafhlaðan lekur of hratt og flestar þeirra geta verið skimaðar út af frumuverksmiðjum eða samsetningarverksmiðjum.Og vegna þess að burrarnir eru smáir, brenna þeir stundum af, sem gerir rafhlöðuna aftur í eðlilegt horf.Þess vegna eru líkurnar á sprengingu af völdum burr örskammhlaups ekki miklar.Slík skoðun, getur oft hlaðið innan frá hverri klefi verksmiðju, spenna á lágu slæma rafhlöðu, en sjaldan sprenging, fá tölfræðilega stuðning.Þess vegna er sprengingin af völdum innri skammhlaups aðallega af völdum ofhleðslu.Vegna þess að það eru nálarlíkir litíummálmkristallar alls staðar á ofhlöðnu rafskautsplötunni að aftan, eru gatapunktar alls staðar og örskammhlaup á sér stað alls staðar.Þess vegna mun hitastig frumunnar hækka smám saman og að lokum mun háhitinn raflausnargas.Þetta ástand, hvort sem hitastigið er of hátt til að gera efnisbrennslusprengingu, eða skelin var fyrst brotin, þannig að loftið í og brennandi oxun litíummálms, er lok sprengingarinnar.
En slík sprenging, sem stafar af innri skammhlaupi af völdum ofhleðslu, þarf ekki endilega að eiga sér stað við hleðslu.Hugsanlegt er að neytendur hætti að hlaða og taki símana sína út áður en rafhlaðan er nógu heit til að brenna efni og framleiða nóg gas til að springa rafhlöðuhlífina.Hitinn sem myndast af fjölmörgum skammhlaupum hitar rafhlöðuna hægt og rólega og springur eftir nokkurn tíma.Algeng lýsing á neytendum er sú að þeir tóku upp símann og fundu hann mjög heitan, hentu honum síðan og sprakk.Byggt á ofangreindum gerðum sprenginga getum við einbeitt okkur að því að koma í veg fyrir ofhleðslu, koma í veg fyrir ytri skammhlaup og bæta öryggi frumunnar.Meðal þeirra tilheyrir forvarnir gegn ofhleðslu og ytri skammhlaupi rafræna vernd, sem er mjög tengd hönnun rafhlöðukerfis og rafhlöðupakka.Lykilatriði endurbóta á frumuöryggi er efna- og vélræn vörn, sem á í góðu sambandi við frumuframleiðendur.
Örugg falin vandræði
Öryggi litíumjónarafhlöðu er ekki aðeins tengt eðli frumuefnisins sjálfs, heldur einnig tengt undirbúningstækni og notkun rafhlöðunnar.Farsímarafhlöður springa oft annars vegar vegna bilunar í verndarrásinni, en mikilvægara er að efnisþátturinn hefur ekki leyst vandamálið í grundvallaratriðum.
Virkt efni með kóbaltsýru litíum bakskaut er mjög þroskað kerfi í litlum rafhlöðum, en eftir fulla hleðslu eru enn fullt af litíumjónum við rafskautið, þegar ofhleðsla er búist við að eftir í forskautinu af litíumjónum flykkist að rafskautinu. , myndast á bakskautinu dendrite er að nota kóbaltsýru litíum rafhlöðu ofhleðslu afleiðing, jafnvel í venjulegu hleðslu- og losunarferli, Það getur líka verið umfram litíumjónir lausir við neikvæða rafskautið til að mynda dendrites.Fræðileg tiltekin orka litíumkóbalatsefnis er meira en 270 mah/g, en raunveruleg afkastageta er aðeins helmingur af fræðilegri getu til að tryggja hjólreiðaframmistöðu þess.Í notkunarferlinu, af einhverjum ástæðum (svo sem skemmdum á stjórnkerfinu) og hleðsluspenna rafhlöðunnar er of há, verður afgangurinn af litíum í jákvæðu rafskautinu fjarlægður, í gegnum raflausnina til neikvæða rafskautsyfirborðsins í form litíummálmútfellingar til að mynda dendríta.Dendritar stinga í gegnum þindið og mynda innri skammhlaup.
Aðalhluti raflausnarinnar er karbónat, sem hefur lágt blossamark og lágt suðumark.Það mun brenna eða jafnvel springa við ákveðnar aðstæður.Ef rafhlaðan ofhitnar mun það leiða til oxunar og minnkunar á karbónati í raflausninni, sem leiðir til mikils gass og meiri hita.Ef það er enginn öryggisventill eða gasið losnar ekki í gegnum öryggisventilinn mun innri þrýstingur rafgeymisins hækka verulega og valda sprengingu.
Fjölliða raflausn litíumjónarafhlaða leysir ekki í grundvallaratriðum öryggisvandamálið, litíumkóbaltsýra og lífræn raflausn eru einnig notuð, og raflausnin er kvoða, ekki auðvelt að leka, mun eiga sér stað ofbeldisfyllri bruni, brennsla er stærsta vandamálið við öryggi fjölliða rafhlöðunnar.
Það eru líka nokkur vandamál við notkun rafhlöðunnar.Ytri eða innri skammhlaup getur framleitt nokkur hundruð amper af of miklum straumi.Þegar ytri skammhlaup á sér stað losar rafhlaðan strax mikinn straum, eyðir miklu magni af orku og framleiðir mikinn hita á innri viðnáminu.Innri skammhlaup myndar stóran straum og hitastigið hækkar, sem veldur því að þindið bráðnar og skammhlaupssvæðið stækkar og myndar þannig vítahring.
Lithium ion rafhlaða í því skyni að ná einni frumu 3 ~ 4,2V hár vinnuspenna, verður að taka niðurbrot spennu er meiri en 2V lífræn raflausn, og notkun lífræns raflausn í miklum straumi, háhitaskilyrði verða rafgreind, rafgreining gas, sem leiðir til aukins innri þrýstings, alvarlega mun brjótast í gegnum skelina.
Ofhleðsla getur fellt út litíum málm, ef skel rofnar, bein snerting við loft, sem leiðir til bruna, á sama tíma íkveikju raflausn, sterkur logi, hröð stækkun gas, sprenging.
Að auki, fyrir farsíma litíum jón rafhlöðu, vegna óviðeigandi notkunar, svo sem útpressun, högg og vatnsinntaka leiða til rafhlöðuþenslu, aflögunar og sprungna osfrv., Sem mun leiða til skammhlaups rafhlöðunnar, í útskrift eða hleðsluferli af völdum með hitasprengingu.
Öryggi litíum rafhlöður:
Til að koma í veg fyrir ofhleðslu eða ofhleðslu af völdum óviðeigandi notkunar er þrefaldur verndarbúnaður settur í einni litíumjónarafhlöðu.Einn er notkun skiptaþátta, þegar hitastig rafhlöðunnar hækkar mun viðnám hennar hækka, þegar hitastigið er of hátt, mun sjálfkrafa stöðva aflgjafann;Annað er að velja viðeigandi skiptingarefni, þegar hitastigið hækkar að ákveðnu gildi, munu míkron svitahola á skiptingunni sjálfkrafa leysast upp, þannig að litíumjónir geti ekki farið framhjá, innri viðbrögð rafhlöðunnar stöðvast;Þriðja er að setja upp öryggisventilinn (þ.e. loftopið efst á rafhlöðunni).Þegar innri þrýstingur rafhlöðunnar hækkar í ákveðið gildi mun öryggisventillinn opnast sjálfkrafa til að tryggja öryggi rafhlöðunnar.
Stundum, þó að rafhlaðan sjálf hafi öryggisstýringarráðstafanir, en af einhverjum ástæðum af völdum stjórnbilunar, hefur skortur á öryggisventil eða gasi engan tíma til að losa í gegnum öryggisventilinn, mun innri þrýstingur rafhlöðunnar hækka verulega og valda sprengingu.Almennt er heildarorkan sem geymd er í litíumjónarafhlöðum í öfugu hlutfalli við öryggi þeirra.Eftir því sem afkastageta rafhlöðunnar eykst eykst rúmmál rafhlöðunnar einnig og hitaleiðni hennar versnar og líkurnar á slysum aukast til muna.Fyrir litíumjónarafhlöður sem notaðar eru í farsíma er grunnkrafan sú að líkurnar á öryggisslysum séu minni en ein á móti milljón, sem er líka lágmarksstaðall sem almenningur getur viðurkennt.Fyrir stórar litíumjónarafhlöður, sérstaklega fyrir bíla, er mjög mikilvægt að nota þvingaða hitaleiðni.
Val á öruggari rafskautsefnum, litíummanganoxíðefni, hvað varðar sameindabyggingu til að tryggja að litíumjónirnar í jákvæðu rafskautinu í fullri hleðslu hafi verið fullkomlega felldar inn í neikvæða kolefnisholið, forðast í grundvallaratriðum myndun dendríta.Á sama tíma er stöðug uppbygging litíummangansýru, þannig að oxunarárangur hennar er mun lægri en litíumkóbaltsýru, niðurbrotshiti litíumkóbaltsýru meira en 100 ℃, jafnvel vegna ytri ytri skammhlaups (nálgun), ytri skammhlaup, ofhleðsla, getur einnig alveg forðast hættu á bruna og sprengingu af völdum útfellds litíummálms.
Að auki getur notkun litíummanganatefnis einnig dregið verulega úr kostnaði.
Til að bæta árangur núverandi öryggisstýringartækni, verðum við fyrst að bæta öryggisafköst litíumjónar rafhlöðukjarna, sem er sérstaklega mikilvægt fyrir rafhlöður með stórum getu.Veldu þind með góða hitauppstreymi.Hlutverk þindsins er að einangra jákvæða og neikvæða pól rafhlöðunnar á sama tíma og litíumjónir fara fram.Þegar hitastigið hækkar er himnan lokuð áður en hún bráðnar, sem hækkar innra viðnámið í 2.000 ohm og slekkur á innri viðbrögðum.Þegar innri þrýstingur eða hitastig nær forstilltum staðli mun sprengiþolinn loki opnast og byrja að létta á þrýstingi til að koma í veg fyrir of mikla uppsöfnun innra gass, aflögun og að lokum leiða til þess að skel springur.Bættu stýrinæmni, veldu viðkvæmari stýribreytur og taktu upp samsetta stjórn margra breytur (sem er sérstaklega mikilvægt fyrir rafhlöður með stórar getu).Fyrir stóra getu litíum jón rafhlaða pakki er röð / samhliða mörgum frumum samsetningu, svo sem fartölvu spenna er meira en 10V, stór afkastageta, venjulega með því að nota 3 til 4 stakar rafhlöður, getur uppfyllt spennukröfur, og síðan 2 til 3 röð af rafhlöðupakka samhliða, til að tryggja mikla afkastagetu.
Rafhlöðupakkinn sjálfur verður að vera búinn tiltölulega fullkominni verndaraðgerð og einnig ætti að huga að tvenns konar rafrásaeiningum: ProtecTIonBoardPCB eining og SmartBatteryGaugeBoard eining.Öll rafhlöðuverndarhönnunin inniheldur: stig 1 verndar IC (koma í veg fyrir ofhleðslu rafhlöðu, ofhleðslu, skammhlaup), stig 2 verndar IC (koma í veg fyrir aðra ofspennu), öryggi, LED vísir, hitastýringu og aðra íhluti.Undir fjölþrepa verndarbúnaðinum, jafnvel ef um er að ræða óeðlilegt hleðslutæki og fartölvu, er aðeins hægt að skipta fartölvu rafhlöðunni yfir í sjálfvirka verndarstöðu.Ef ástandið er ekki alvarlegt virkar það oft eðlilega eftir að hafa verið tengt og fjarlægt án sprengingar.
Undirliggjandi tækni sem notuð er í litíumjónarafhlöðum í fartölvum og farsímum er óörugg og huga þarf að öruggari mannvirkjum.
Að lokum, með framvindu efnistækni og dýpkun skilnings fólks á kröfum um hönnun, framleiðslu, prófun og notkun litíumjónarafhlöðu, mun framtíð litíumjónarafhlöðu verða öruggari.
Pósttími: Mar-07-2022