Karakteristike litij-ionske baterije
Litij je najmanjša in najbolj živahna kovina na mizi s kemičnimi cikli. Majhna prostornina in tako velika prostornina, je zelo priljubljena med potrošniki in inženirji. Toda kemične lastnosti so preveč živahne in prinašajo zelo veliko tveganje. Kovina litija, kadar je izpostavljena zraku, s kisikom povzroči močno oksidacijo in eksplozijo. Za izboljšanje varnosti in napetosti so znanstveniki izumili materiale, kot sta grafit in litijev kobaltat, za shranjevanje litijevih atomov. Molekularna struktura teh materialov tvori majhno rešetko za shranjevanje, ki se lahko uporablja za shranjevanje atomov litija. Na ta način, tudi če se lupina akumulatorja zlomi in kisik vstopi, je kisik prevelik, da molekule kisika vstopijo v te majhne celice za shranjevanje, tako da atomi litija ne pridejo v stik s kisikom in preprečijo eksplozijo. Ta princip litij-ionskih baterij ljudem omogoča doseganje varnostnih ciljev, hkrati pa doseže visoko gostoto zmogljivosti.
Ko se litij-ionska baterija napolni, pozitivni litijevi atomi izgubijo elektrone in oksidirajo v litijeve ione. Litijevi ioni skozi elektrolit priplavajo do negativne elektrode, vstopijo v skladiščno mrežo negativne elektrode in dobijo elektron, reduciran na litijeve atome. Po odpustu se celoten postopek obrne na glavo. Za preprečitev kratkega stika med pozitivnim in negativnim polom uporabite membranski papir z veliko tankimi luknjami, ki preprečuje kratek stik. Dober membranski papir lahko tudi samodejno zapre fino luknjo, ko je temperatura akumulatorja previsoka, tako da litijevi ioni ne morejo skozi, da bi zapravili borilne veščine, da bi preprečili nevarnost.
Zaščitni ukrepi
Celice litijeve baterije lahko začnejo imeti neželene učinke po prekomernem polnjenju na napetost nad 3,7V. večja kot je napetost prekomernega polnjenja, večje tveganje je sledilo. Ko je litijeva napetost višja od 3,7 V, je število atomov litija v katodnem materialu manj kot polovica katodnega materiala, ko se skladiščna rešetka pogosto poruši, kar povzroči trajno zmanjšanje kapacitete akumulatorja. Če se polnjenje nadaljuje, se bo naknadna kovina litija kopičila na površini negativnega materiala, ker je negativna rešetka za shranjevanje že napolnjena z litijevimi atomi. Ti litijevi atomi rastejo vejno kristalizacijo iz negativne površine v smer litijevih ionov. Ti kristali litijeve kovine prehajajo skozi membranski papir, da povzročijo kratki stik pozitivnega in negativnega pola. Včasih baterija eksplodira pred kratkim stikom, ker bodo v procesu prekomernega polnjenja elektrolit in drugi materiali prelomili plin, zaradi česar se bo ohišje akumulatorja ali tlačni ventil počilo, kar bo omogočilo reagiranje kisika z litijevimi atomi, nakopičenimi na negativni površini eksplodirajo. Zato moramo pri polnjenju litijeve baterije nastaviti mejo napetosti, da hkrati upoštevamo življenjsko dobo, zmogljivost in varnost baterije. Idealna zgornja meja polnilne napetosti 3,6 V.
Za praznjenje litijeve baterije bi morala obstajati tudi nizka napetost. Ko je celična napetost manjša od 2V, se del materiala začne uničevati. In ker se bo baterija samopraznila, dlje ko se baterija ne bo napolnila, bo napetost baterije nižja. zato je najbolje, da celičnega volta ne izpustimo na 2V. Kapaciteta praznjenja litijeve baterije od 3,0 do 2,8 V je le približno 3% zmogljivosti baterije. Tako je 3,0 V idealna napetost za zaustavitev praznjenja.
V postopku polnjenja in praznjenja je potrebna tudi trenutna meja. Ko je tok prevelik, so litijevi ioni prepozni za vstop v prostor za shranjevanje in se naberejo na površini materiala. Ti litijevi ioni pridobijo elektrone, kar povzroči atomsko kristalizacijo litija na površini materiala, tako kot pri prekomernem polnjenju, kar povzroči nevarnost. V primeru, da se lupina baterije pokvari, eksplodira.
Zato zaščita litij-ionske baterije vključuje vsaj tri vidike: meja polnilne napetosti, meja napetosti praznjenja in trenutna meja. Na splošno je v litijevi bateriji poleg litijeve celice tudi sistem za upravljanje baterij （BMS）, BMS je v glavnem naprava za zagotavljanje teh treh zaščit. Vendar sistem upravljanja z baterijami očitno ni dovolj. Videli smo, da se eksplozije litijeve baterije pogosto dogajajo po vsem svetu. Da bi zagotovili varnost sistema baterij, spodaj najdete natančnejšo analizo vzroka eksplozije akumulatorja:
Razlogi za eksplozijo akumulatorja:
1: večja notranja polarizacija celic!
2: Polarna plošča absorbira vodo in reagira z elektrolitom.
3: Težave s kakovostjo in delovanjem samega elektrolita.
4: Količina vbrizga tekočine ne ustreza procesnim zahtevam.
5: Slaba zatesnitev laserskega varjenja med postopkom sestavljanja, uhajanjem zraka in merjenjem uhajanja.
6: Prah, polarni prah je najprej enostavno pripeljati do mikro kratkega stika, konkreten razlog ni znan.
7: Pozitivna in negativna elektroda je debelejša od obsega postopka in je težko vstopiti v lupino.
8: Težava z injekcijskim tesnjenjem in slabe lastnosti tesnjenja jeklenih kroglic vodi do plinskega bobna.
9: Material lupine je debela stena lupine in deformacija lupine vpliva na debelino.
Analiza
Razloge za eksplozijo litijeve baterije lahko povzamemo kotzunanji kratek stik, inotranji kratek stik,inprekomerno polnjenje. Zunanjost se tukaj nanaša na zunanjost celice, vključno s kratkim stikom, ki ga povzroča slaba izolacijska zasnova akumulatorja.
Ko pride zunaj do kratkega stika, baterija in elektronske naprave ne prekinejo tokokroga, znotraj celice se bo pojavila velika toplota, ki bo povzročila uparjanje nekaj elektrolita in držala baterijo v velikem obsegu. Ko je notranja temperatura akumulatorja visoka do 135 stopinj Celzija, bo kvaliteten membranski papir zaprl fino luknjo, elektrokemijska reakcija se konča ali skoraj konča, tok močno pade in temperatura počasi pade, s čimer se prepreči eksplozija. Vendar je hitrost zapiranja drobnih lukenj premajhna ali pa bo membranski papir, ki se sploh ne zapre, temperatura akumulatorja še naprej naraščala, uparjala več elektrolita in na koncu zlomila lupino akumulatorja in celo zvišala temperaturo akumulatorja material gori in eksplodira.
Notranji kratek stik je v glavnem posledica izbočenja bakrene folije in aluminijaste folije ali upogibne kristalizacije litijevih atomov. Te drobne igličaste kovine lahko povzročijo mikrokratek stik. Ker je igla z določenim uporom zelo v redu, tok ne bo zelo velik. V proizvodnem procesu nastanejo drobci iz bakrene in aluminijaste folije, opaženi pojav je, da je puščanje akumulatorja prehitro, večino jih lahko pregleda jedrna tovarna ali montažni obrat. Drobni drobci so tudi majhni, včasih zgoreli, kar baterijo normalizira. Zato verjetnost eksplozije, ki jo povzroči mikro kratek stik, ni velika.
vsa tovarna litij-ionskih celic bo našla nekaj nekvalitetnih baterij, ki bodo po kratkem polnjenju prešle na nizko napetost, vendar le malo eksplozij, napotenih na statistične podatke. Zato je eksplozija, ki jo povzroči notranji kratek stik, v glavnem posledica prekomernega polnjenja. Ker je prepolna polna plošča polna igelne kristalizacije litijeve kovine, so prebodne točke povsod, kar bo povzročilo mikro kratek stik. Zato se bo temperatura akumulatorja postopoma zvišala in končno bo visoka temperatura povzročila elektrolitski plin. Ne glede na to, ali zaradi visoke temperature zgorevanje materiala eksplodira ali je bila lupina najprej zlomljena, bo zrak vstopil in močna oksidacija litijeve kovine bo povzročila eksplozijo.
Toda eksplozija, ki jo je povzročil notranji kratek stik, se med polnjenjem ni zgodila. Ker temperatura akumulatorja ni previsoka, da bi material zagorel ali plin, ki nastane, ni dovolj za lomljenje lupine akumulatorja, uporabnik preneha polniti. Takrat je toplota, ki jo ustvarjajo številni mikro kratki stiki, počasi povečevala temperaturo akumulatorja, po določenem času pa je prišlo do eksplozije.
Glede na zgornje vrste eksplozije,Torphantehnična ekipa se osredotoča na zaščito pred prekomernim polnjenjem, preprečevanje zunanjih kratkih stikov in izboljšanje varnosti celice, da prepreči eksplozijo. Med njimi zaščita pred prekomernim polnjenjem in preprečevanje zunanjih kratkih stikov spadata v elektronsko zaščito, ki je v veliki meri povezana z zasnovo sistema baterij in namestitvijo akumulatorjev. Poudarek izboljšanja varnosti celic je kemična in mehanska zaščita, ki je v veliki meri povezana s proizvajalci baterijskih celic.
Specifikacija zasnove
Sistem upravljanja baterij Torphan lahko nudi dve varnostni zaščiti za prekomerno polnjenje, prekomerno praznjenje in prekomerno tok, vključno s polnilnikom in baterijskim paketom. Polnilnik Torphan pretvori AC v enosmerni tok in omeji največji tok in največjo napetost enosmernega toka. Zaščita akumulatorja vsebuje dva dela - sistem za upravljanje akumulatorja in baterijsko celico. Za prvo zaščito lahko sistem za upravljanje akumulatorja komunicira s polnilnikom, polnilniku pa pošlje pohvale, kot so omejitev pretoka in zaustavitev polnilnih signalov, zbrane informacije o bateriji. Ko polnilnik prejme signal, polnilnik samodejno zmanjša polnilni tok ali ustavi polnjenje. Ko se polnilnik ne poveže s sistemom za upravljanje akumulatorja, bo sistem za upravljanje akumulatorja odklopil rele znotraj akumulatorja in prekinil celotno polnilno vezje, kar je druga zaščita. To pomeni, da tudi če tokokrog odpove, baterija ne bo biti preobremenjen in nevaren.
Skratka, med zasnovo akumulatorskega sistema je elektronska zaščita prva zaščita pred prekomernim polnjenjem, prekomernim praznjenjem in prekomernim tokom. Sistem za upravljanje baterij je druga zaščita.
Čeprav zgornji metodi zagotavljata dve zaščiti, včasih potrošniki pogosto kupijo neoriginalen polnilnik za polnjenje baterij, ko je polnilnik pokvarjen, tako da lahko kupijo nizkokakovostni polnilnik ali en polnilnik, ki ne more komunicirati z upravljanjem baterij. To bo povzročilo prvo izgubljeno zaščito. Prekomerno polnjenje je najpomembnejši dejavnik eksplozije akumulatorja, zato lahko slabše polnilce imenujemo krivca eksplozije akumulatorja.
Končna obrambna črta
Če elektronska zaščita ne uspe, bo celica zagotovila zadnjo obrambno črto. Stopnjo varnosti celice lahko nekoliko razlikujemo glede na to, ali je celico mogoče ločiti z zunanjim kratkim stikom in prekomernim polnjenjem. Ker se pred eksplozijo akumulatorja na površini materiala v notranjosti naberejo litijevi atomi. Poleg tega je zaščita pred prekomernim polnjenjem pogosto posledica tega, da potrošniki uporabljajo slabši polnilnik in imajo samo eno obrambno črto, zato je odpornost na prekomerno polnjenje celic pomembnejša od sposobnosti, da se uprejo zunanjemu kratkemu stiku.
