Betri za lithiamu ndio mfumo wa betri unaokua kwa kasi zaidi katika kipindi cha miaka 20 iliyopita na hutumika sana katika bidhaa za kielektroniki. Mlipuko wa hivi majuzi wa simu za rununu na kompyuta ndogo kimsingi ni mlipuko wa betri. Betri za simu na kompyuta za mkononi zinavyoonekana, jinsi zinavyofanya kazi, kwa nini zinalipuka, na jinsi ya kuziepuka.
Madhara huanza kutokea wakati seli ya lithiamu imechajiwa kupita kiasi hadi voltage ya juu kuliko 4.2V. Kadiri shinikizo la malipo ya ziada linavyoongezeka, ndivyo hatari inavyoongezeka. Katika viwango vya juu zaidi ya 4.2V, wakati chini ya nusu ya atomi za lithiamu zimesalia kwenye nyenzo za cathode, seli ya hifadhi mara nyingi huanguka, na kusababisha kupungua kwa kudumu kwa uwezo wa betri. Chaji ikiendelea, metali za lithiamu zinazofuata zitarundikana juu ya uso wa nyenzo za cathode, kwani seli ya hifadhi ya cathode tayari imejaa atomi za lithiamu. Atomi hizi za lithiamu hukua fuwele za dendritic kutoka kwa uso wa cathode kuelekea ioni za lithiamu. Fuwele za lithiamu zitapita kwenye karatasi ya diaphragm, na kupunguza anode na cathode. Wakati mwingine betri hupuka kabla ya mzunguko mfupi kutokea. Hiyo ni kwa sababu wakati wa kuchaji chaji kupita kiasi, nyenzo kama vile elektroliti hupasuka ili kutoa gesi ambayo husababisha ganda la betri au vali ya shinikizo kuvimba na kupasuka, hivyo kuruhusu oksijeni kuitikia pamoja na atomi za lithiamu zilizokusanywa kwenye uso wa elektrodi hasi na kulipuka.
Kwa hiyo, wakati betri ya lithiamu inachaji, ni muhimu kuweka kikomo cha juu cha voltage, kwa kuzingatia maisha ya betri, uwezo, na usalama. Kiwango cha juu cha voltage ya malipo ni 4.2V. Kunapaswa pia kuwa na kikomo cha chini cha voltage wakati seli za lithiamu zinatokwa. Wakati voltage ya seli iko chini ya 2.4V, baadhi ya nyenzo huanza kuvunja. Na kwa sababu betri itajifungua yenyewe, kuweka tena voltage itakuwa chini, kwa hiyo, ni bora si kutekeleza 2.4V kuacha. Kutoka 3.0V hadi 2.4V, betri za lithiamu hutoa tu kuhusu 3% ya uwezo wao. Kwa hiyo, 3.0V ni voltage bora ya kukata-off. Wakati wa malipo na kutekeleza, pamoja na kikomo cha voltage, kikomo cha sasa pia ni muhimu. Wakati sasa ni ya juu sana, ioni za lithiamu hazina muda wa kuingia kwenye seli ya hifadhi, itajilimbikiza juu ya uso wa nyenzo.
Ioni hizi zinapopata elektroni, huangazia atomi za lithiamu kwenye uso wa nyenzo, ambayo inaweza kuwa hatari kama chaji kupita kiasi. Kesi ya betri ikivunjika, italipuka. Kwa hiyo, ulinzi wa betri ya lithiamu ion lazima angalau ni pamoja na kikomo cha juu cha malipo ya voltage, kikomo cha chini cha kutokwa kwa voltage na kikomo cha juu cha sasa. Kwa ujumla, pamoja na msingi wa betri ya lithiamu, kutakuwa na sahani ya ulinzi, ambayo ni hasa kutoa ulinzi huu tatu. Hata hivyo, sahani ya ulinzi ya ulinzi hizi tatu ni wazi haitoshi, kimataifa lithiamu betri matukio ya mlipuko au mara kwa mara. Ili kuhakikisha usalama wa mifumo ya betri, uchambuzi wa makini zaidi wa sababu ya milipuko ya betri unahitajika.
Sababu ya mlipuko:
1. Polarization kubwa ya ndani;
2.Kipande cha pole kinachukua maji na humenyuka na ngoma ya gesi ya electrolyte;
3.Ubora na utendaji wa electrolyte yenyewe;
4.Kiasi cha sindano ya kioevu hakiwezi kukidhi mahitaji ya mchakato;
5. Utendaji wa muhuri wa kulehemu wa laser ni duni katika mchakato wa maandalizi, na uvujaji wa hewa hugunduliwa.
6. Vumbi na vumbi vya pole ni rahisi kusababisha mzunguko wa microshort kwanza;
7.Chanya na hasi sahani nene kuliko mchakato mbalimbali, vigumu shell;
8. Tatizo la kuziba kwa sindano ya kioevu, utendaji duni wa kuziba wa mpira wa chuma husababisha ngoma ya gesi;
9.Shell zinazoingia nyenzo shell ukuta ni nene mno, shell deformation huathiri unene;
10. Joto la juu la mazingira nje pia ni sababu kuu ya mlipuko.
Aina ya mlipuko
Uchambuzi wa aina ya mlipuko Aina za mlipuko wa msingi wa betri zinaweza kuainishwa kama saketi fupi ya nje, saketi fupi ya ndani na chaji ya ziada. Ya nje hapa inahusu nje ya seli, ikiwa ni pamoja na mzunguko mfupi unaosababishwa na muundo duni wa insulation ya pakiti ya ndani ya betri. Wakati mzunguko mfupi hutokea nje ya seli, na vipengele vya elektroniki vinashindwa kukata kitanzi, seli itazalisha joto la juu ndani, na kusababisha sehemu ya elektroliti kuyeyuka, ganda la betri. Wakati halijoto ya ndani ya betri ni ya juu hadi nyuzi joto 135 Selsiasi, karatasi ya kiwambo yenye ubora mzuri itafunga shimo zuri, mmenyuko wa kieletrokemikali hukatizwa au karibu kukomeshwa, sasa kushuka, na halijoto pia hushuka polepole, hivyo basi kuepuka mlipuko. . Lakini karatasi ya diaphragm iliyo na kasi mbaya ya kufunga, au ambayo haifungi kabisa, itaweka betri joto, kuyeyusha elektroliti zaidi, na hatimaye kupasua ganda la betri, au hata kuinua joto la betri hadi mahali nyenzo huwaka. na hulipuka. Saketi fupi ya ndani husababishwa zaidi na mkunjo wa karatasi ya shaba na karatasi ya alumini kutoboa diaphragm, au fuwele za dendritic za atomi za lithiamu kutoboa kiwambo.
Metali hizi ndogo, kama sindano zinaweza kusababisha saketi za microshort. Kwa sababu sindano ni nyembamba sana na ina thamani fulani ya upinzani, sasa si lazima kuwa kubwa sana. Burrs ya foil ya alumini ya shaba husababishwa katika mchakato wa uzalishaji. Jambo linalozingatiwa ni kwamba betri huvuja haraka sana, na nyingi zinaweza kuchunguzwa na viwanda vya seli au mitambo ya kusanyiko. Na kwa sababu burrs ni ndogo, wakati mwingine huwaka, na kufanya betri kurudi kwa kawaida. Kwa hiyo, uwezekano wa mlipuko unaosababishwa na mzunguko mfupi wa burr sio juu. Mtazamo kama huo, mara nyingi unaweza malipo kutoka ndani ya kila kiwanda kiini, voltage kwenye betri ya chini mbaya, lakini mara chache mlipuko, kupata msaada wa takwimu. Kwa hiyo, mlipuko unaosababishwa na mzunguko mfupi wa ndani unasababishwa hasa na malipo ya ziada. Kwa sababu kuna fuwele za chuma za lithiamu zinazofanana na sindano kila mahali kwenye karatasi ya elektrodi ya nyuma iliyochajiwa kupita kiasi, sehemu za kuchomwa ziko kila mahali, na saketi fupi ndogo hutokea kila mahali. Kwa hiyo, joto la seli litaongezeka hatua kwa hatua, na hatimaye joto la juu litakuwa gesi ya electrolyte. Hali hii, kama joto ni kubwa mno kufanya nyenzo mwako mlipuko, au shell mara ya kwanza kuvunjwa, ili hewa ndani na chuma lithiamu oxidation kali, ni mwisho wa mlipuko.
Lakini mlipuko huo, unaosababishwa na mzunguko mfupi wa ndani unaosababishwa na overcharging, si lazima kutokea wakati wa malipo. Inawezekana kwamba watumiaji wataacha kuchaji na kutoa simu zao nje kabla ya betri kuwa na joto la kutosha kuchoma vifaa na kutoa gesi ya kutosha kupasua ganda la betri. Joto linalotokana na saketi fupi nyingi hupasha joto betri polepole na, baada ya muda fulani, hulipuka. Maelezo ya kawaida ya watumiaji ni kwamba walichukua simu na kukuta ina moto sana, kisha wakaitupa na kulipuka. Kulingana na aina zilizo hapo juu za mlipuko, tunaweza kuzingatia kuzuia malipo ya ziada, kuzuia mzunguko mfupi wa nje, na kuboresha usalama wa seli. Miongoni mwao, kuzuia overcharge na mzunguko mfupi wa nje ni wa ulinzi wa elektroniki, ambao unahusiana sana na muundo wa mfumo wa betri na pakiti ya betri. Jambo kuu la uboreshaji wa usalama wa seli ni ulinzi wa kemikali na mitambo, ambayo ina uhusiano mkubwa na watengenezaji wa seli.
Shida iliyofichwa salama
Usalama wa betri ya lithiamu ion sio tu kuhusiana na asili ya nyenzo za seli yenyewe, lakini pia kuhusiana na teknolojia ya maandalizi na matumizi ya betri. Betri za simu za mkononi mara nyingi hupuka, kwa upande mmoja, kutokana na kushindwa kwa mzunguko wa ulinzi, lakini muhimu zaidi, kipengele cha nyenzo hakijatatua tatizo kimsingi.
Cobalt asidi lithiamu cathode kazi nyenzo ni mfumo kukomaa sana katika betri ndogo, lakini baada ya malipo kamili, bado kuna mengi ya ioni lithiamu katika anode, wakati overcharge, iliyobaki katika anode ya lithiamu ion inatarajiwa kumiminika kwa anode. , ni sumu juu ya cathode dendrite ni kutumia cobalt asidi lithiamu betri overcharge corollary, hata katika malipo ya kawaida na mchakato wa kutokwa, Kunaweza pia kuwa na ziada ioni lithiamu bure kwa electrode hasi kuunda dendrites. Nishati maalum ya kinadharia ya nyenzo za lithiamu cobalate ni zaidi ya 270 mah/g, lakini uwezo halisi ni nusu tu ya uwezo wa kinadharia ili kuhakikisha utendaji wake wa baiskeli. Katika mchakato wa matumizi, kwa sababu fulani (kama uharibifu wa mfumo wa usimamizi) na voltage ya malipo ya betri ni ya juu sana, sehemu iliyobaki ya lithiamu kwenye electrode chanya itaondolewa, kupitia elektroliti hadi kwenye uso hasi wa elektrodi. fomu ya utuaji wa chuma cha lithiamu kuunda dendrites. Dendrites hutoboa diaphragm, na kuunda mzunguko mfupi wa ndani.
Sehemu kuu ya electrolyte ni carbonate, ambayo ina kiwango cha chini cha flash na kiwango cha chini cha kuchemsha. Itawaka au hata kulipuka chini ya hali fulani. Ikiwa betri inazidi, itasababisha oxidation na kupunguzwa kwa carbonate katika electrolyte, na kusababisha gesi nyingi na joto zaidi. Ikiwa hakuna valve ya usalama au gesi haijatolewa kupitia valve ya usalama, shinikizo la ndani la betri litaongezeka kwa kasi na kusababisha mlipuko.
Betri ya lithiamu ion ya polymer electrolyte haisuluhishi shida ya usalama kimsingi, asidi ya lithiamu cobalt na elektroliti hai pia hutumiwa, na elektroliti ni colloidal, si rahisi kuvuja, itatokea mwako mkali zaidi, mwako ndio shida kubwa ya usalama wa betri ya polymer.
Pia kuna baadhi ya matatizo na matumizi ya betri. Mzunguko mfupi wa nje au wa ndani unaweza kutoa amperes mia chache za sasa nyingi. Wakati mzunguko mfupi wa nje unatokea, betri hutoa mkondo mkubwa mara moja, ikitumia kiasi kikubwa cha nishati na kutoa joto kubwa kwenye upinzani wa ndani. Mzunguko mfupi wa ndani huunda mkondo mkubwa, na joto huongezeka, na kusababisha diaphragm kuyeyuka na eneo la mzunguko mfupi kupanuka, na hivyo kutengeneza mzunguko mbaya.
Lithium ion betri ili kufikia kiini moja 3 ~ 4.2V high kazi voltage, lazima kuchukua mtengano wa voltage ni kubwa kuliko 2V hai elektroliti, na matumizi ya elektroliti kikaboni katika sasa ya juu, hali ya joto itakuwa electrolyzed, electrolytic. gesi, na kusababisha kuongezeka kwa shinikizo ndani, kubwa itakuwa kuvunja kupitia shell.
Kuzidisha kunaweza kusababisha chuma cha lithiamu, katika kesi ya kupasuka kwa shell, kuwasiliana moja kwa moja na hewa, na kusababisha mwako, wakati huo huo kuwasha elektroliti, moto mkali, upanuzi wa haraka wa gesi, mlipuko.
Aidha, kwa ajili ya simu ya mkononi lithiamu ion betri, kutokana na matumizi yasiyofaa, kama vile extrusion, athari na ulaji wa maji kusababisha upanuzi wa betri, deformation na ngozi, nk, ambayo itasababisha betri short mzunguko, katika kutokwa au kuchaji mchakato unasababishwa. kwa mlipuko wa joto.
Usalama wa betri za lithiamu:
Ili kuzuia kutokwa na maji kupita kiasi au kutozwa chaji kupita kiasi kunakosababishwa na matumizi yasiyofaa, utaratibu wa ulinzi mara tatu umewekwa katika betri moja ya ioni ya lithiamu. Moja ni matumizi ya vipengele vya kubadili, wakati joto la betri linaongezeka, upinzani wake utaongezeka, wakati hali ya joto ni ya juu sana, itaacha moja kwa moja ugavi wa umeme; Ya pili ni kuchagua nyenzo zinazofaa za kizigeu, wakati joto linapoongezeka hadi thamani fulani, pores ya micron kwenye kizigeu itayeyuka kiatomati, ili ioni za lithiamu zisipite, mmenyuko wa ndani wa betri huacha; Ya tatu ni kuanzisha valve ya usalama (yaani, shimo la vent juu ya betri). Wakati shinikizo la ndani la betri linapanda kwa thamani fulani, valve ya usalama itafungua moja kwa moja ili kuhakikisha usalama wa betri.
Wakati mwingine, ingawa betri yenyewe ina hatua za udhibiti wa usalama, lakini kwa sababu ya baadhi ya sababu zinazosababishwa na kushindwa kwa udhibiti, ukosefu wa valve ya usalama au gesi haina muda wa kutolewa kupitia valve ya usalama, shinikizo la ndani la betri litaongezeka kwa kasi na kusababisha. mlipuko. Kwa ujumla, jumla ya nishati iliyohifadhiwa katika betri za lithiamu-ioni inalingana na usalama wao. Kadiri uwezo wa betri unavyoongezeka, kiasi cha betri pia huongezeka, na utendaji wake wa kutoweka kwa joto huharibika, na uwezekano wa ajali utaongezeka sana. Kwa betri za lithiamu-ion zinazotumiwa katika simu za mkononi, hitaji la msingi ni kwamba uwezekano wa ajali za usalama uwe chini ya moja kati ya milioni, ambayo pia ni kiwango cha chini kinachokubalika kwa umma. Kwa betri za lithiamu-ioni za uwezo mkubwa, hasa kwa magari, ni muhimu sana kupitisha uharibifu wa joto wa kulazimishwa.
uteuzi wa vifaa salama electrode, lithiamu manganese oksidi nyenzo, katika suala la muundo Masi ili kuhakikisha kwamba katika hali ya malipo kamili, ioni lithiamu katika electrode chanya kuwa kabisa iliyoingia ndani ya shimo hasi kaboni, kimsingi kuepuka kizazi cha dendrites. Wakati huo huo, muundo imara wa asidi lithiamu manganese, hivyo kwamba utendaji wake oxidation ni mbali chini kuliko asidi lithiamu kobalti, mtengano wa joto la asidi lithiamu cobalt zaidi ya 100 ℃, hata kwa sababu ya nje ya nje ya mzunguko mfupi (sindano), nje. mzunguko mfupi, chaji kupita kiasi, pia inaweza kabisa kuepuka hatari ya mwako na mlipuko unaosababishwa na precipitated chuma lithiamu.
Kwa kuongeza, matumizi ya nyenzo za lithiamu manganeti pia inaweza kupunguza sana gharama.
Ili kuboresha utendakazi wa teknolojia iliyopo ya udhibiti wa usalama, lazima kwanza tuboreshe utendakazi wa usalama wa msingi wa betri ya ioni ya lithiamu, ambayo ni muhimu sana kwa betri zenye uwezo mkubwa. Chagua diaphragm yenye utendaji mzuri wa kufunga wa joto. Jukumu la diaphragm ni kutenganisha nguzo chanya na hasi ya betri huku ikiruhusu kupitisha ioni za lithiamu. Wakati joto linapoongezeka, membrane imefungwa kabla ya kuyeyuka, na kuongeza upinzani wa ndani kwa ohms 2,000 na kuzima mmenyuko wa ndani. Shinikizo la ndani au halijoto inapofikia kiwango kilichowekwa awali, vali ya kuzuia mlipuko itafunguka na kuanza kupunguza shinikizo ili kuzuia mkusanyiko mwingi wa gesi ya ndani, deformation, na hatimaye kusababisha kupasuka kwa ganda. Boresha unyeti wa udhibiti, chagua vigezo nyeti zaidi vya udhibiti na upitishe udhibiti wa pamoja wa vigezo vingi (ambayo ni muhimu hasa kwa betri kubwa za uwezo). Kwa uwezo mkubwa lithiamu ion betri pakiti ni mfululizo / sambamba nyingi kiini utungaji, kama vile daftari voltage ya kompyuta ni zaidi ya 10V, uwezo mkubwa, kwa ujumla kutumia 3 hadi 4 mfululizo wa betri moja inaweza kukidhi mahitaji ya voltage, na kisha 2 hadi 3 mfululizo wa pakiti ya betri sambamba, ili kuhakikisha uwezo mkubwa.
Kifurushi cha betri chenye uwezo wa juu lazima kiwe na kazi bora ya ulinzi kiasi, na aina mbili za moduli za bodi ya mzunguko zinafaa pia kuzingatiwa: moduli ya ProtecTIonBoardPCB na moduli ya SmartBatteryGaugeBoard. Muundo mzima wa ulinzi wa betri ni pamoja na: IC ya ulinzi wa kiwango cha 1 (kuzuia malipo ya ziada ya betri, kutokwa kwa ziada, mzunguko mfupi), IC ya ulinzi wa kiwango cha 2 (kuzuia overvoltage ya pili), fuse, kiashiria cha LED, udhibiti wa joto na vipengele vingine. Chini ya utaratibu wa ulinzi wa ngazi mbalimbali, hata katika kesi ya chaja ya nguvu isiyo ya kawaida na kompyuta ya mkononi, betri ya kompyuta ya mkononi inaweza tu kubadilishwa kwa hali ya ulinzi wa kiotomatiki. Ikiwa hali si mbaya, mara nyingi hufanya kazi kwa kawaida baada ya kuunganishwa na kuondolewa bila mlipuko.
Teknolojia ya msingi inayotumiwa katika betri za lithiamu-ioni zinazotumiwa kwenye kompyuta za mkononi na simu za mkononi si salama, na miundo salama zaidi inapaswa kuzingatiwa.
Kwa kumalizia, pamoja na maendeleo ya teknolojia ya nyenzo na kuongezeka kwa uelewa wa watu juu ya mahitaji ya muundo, utengenezaji, upimaji na matumizi ya betri za lithiamu-ion, mustakabali wa betri za lithiamu ion utakuwa salama zaidi.
Muda wa kutuma: Mar-07-2022