Литий батареялары соңғы 20 жылдағы ең жылдам дамып келе жатқан батарея жүйесі болып табылады және электронды өнімдерде кеңінен қолданылады.Жақында ұялы телефондар мен ноутбуктердің жарылысы батареяның жарылуы болып табылады.Ұялы телефон мен ноутбуктің батареялары қандай болады, олар қалай жұмыс істейді, неліктен жарылады және олардан қалай аулақ болуға болады.
Жанама әсерлер литий ұяшығы 4,2 В жоғары кернеуге шамадан тыс зарядталғанда пайда бола бастайды.Артық зарядтау қысымы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым тәуекел жоғары болады.4,2 В-тан жоғары кернеулерде, катодтық материалда литий атомдарының жартысынан азы қалғанда, сақтау ұяшығы жиі құлап, батарея сыйымдылығының тұрақты төмендеуіне әкеледі.Егер заряд жалғаса берсе, катод материалының бетіне келесі литий металдары жиналып қалады, өйткені катодтың сақтау ұяшығы литий атомдарына толы.Бұл литий атомдары катод бетінен литий иондары бағытында дендритті кристалдарды өсіреді.Литий кристалдары диафрагма қағазы арқылы өтіп, анод пен катодты қысқартады.Кейде батарея қысқа тұйықталу пайда болмай тұрып жарылып кетеді.Өйткені артық зарядтау процесі кезінде электролиттер сияқты материалдар жарылып, газ түзеді, бұл батарея корпусының немесе қысым клапанының ісініп, жарылуына әкеліп соғады, бұл оттегінің теріс электродтың бетінде жиналған литий атомдарымен әрекеттесуіне және жарылуына мүмкіндік береді.
Сондықтан литий батареясын зарядтау кезінде батареяның қызмет ету мерзімін, сыйымдылығын және қауіпсіздігін ескере отырып, кернеудің жоғарғы шегін орнату қажет.Ең жақсы зарядтау кернеуінің жоғарғы шегі - 4,2 В.Сондай-ақ литий жасушалары разрядталған кезде төменгі кернеу шегі болуы керек.Ұяшық кернеуі 2,4 В-тан төмен түссе, материалдың бір бөлігі ыдырай бастайды.Ал аккумулятор өздігінен разрядталатындықтан, ұзағырақ қою кернеуі төменірек болады, сондықтан тоқтату үшін 2,4 В зарядсызданбаған дұрыс.3,0 В-тан 2,4 В-қа дейін литий батареялары сыйымдылығының шамамен 3% ғана шығарады.Сондықтан 3,0 В тамаша разрядты ажырату кернеуі болып табылады.Зарядтау және зарядсыздандыру кезінде кернеу шегінен басқа ток шегі де қажет.Ток өте жоғары болған кезде литий иондары сақтау ұяшығына түсуге үлгермейді, материалдың бетінде жиналады.
Бұл иондар электрон алған кезде материалдың бетіндегі литий атомдарын кристалдандырады, бұл шамадан тыс зарядтау сияқты қауіпті болуы мүмкін.Батарея корпусы сынса, ол жарылып кетеді.Сондықтан литий-иондық аккумулятордың қорғанысы кем дегенде зарядтау кернеуінің жоғарғы шегін, зарядсыздану кернеуінің төменгі шегін және токтың жоғарғы шегін қамтуы керек.Жалпы, литий батареясының өзегінен басқа, негізінен осы үш қорғанысты қамтамасыз ететін қорғаныс тақтасы болады.Дегенмен, осы үш қорғаныстың қорғаныс тақтайшасы жеткілікті емес, жаһандық литий батареясының жарылу оқиғалары немесе жиі.Аккумуляторлық жүйелердің қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін батареяның жарылу себебін мұқият талдау қажет.
Жарылыс себебі:
1. Үлкен ішкі поляризация;
2. Полюс бөлігі суды сіңіреді және электролиттік газ барабанымен әрекеттеседі;
3. Электролиттің сапасы мен өнімділігі;
4.Сұйықтықты айдау мөлшері процесс талаптарына жауап бере алмайды;
5. Лазерлік дәнекерлеу тығыздағышының өнімділігі дайындық процесінде нашар және ауаның ағуы анықталды.
6. Шаң мен полюстің шаңы алдымен микроқысқа тұйықталуды тудыруы мүмкін;
7. Оң және теріс пластина процесс диапазонынан қалың, қабығы қиын;
8. Сұйықтық айдаудағы тығыздау мәселесі, болат шардың газ барабанына әкеліп соқтыратын нашар герметикалығы;
9.Шелл кіретін материалдың қабық қабырғасы тым қалың, қабықтың деформациясы қалыңдығына әсер етеді;
10. Сыртқы ортаның жоғары температурасы да жарылыстың негізгі себебі болып табылады.
Жарылыс түрі
Жарылыс түрін талдау Батарея ядросының жарылу түрлерін сыртқы қысқа тұйықталу, ішкі қысқа тұйықталу және шамадан тыс зарядтау ретінде жіктеуге болады.Мұндағы сыртқы ұяшықтың сыртқы жағына, соның ішінде ішкі батареялар жинағының нашар оқшаулануынан туындаған қысқа тұйықталуға қатысты.Ұяшықтың сыртында қысқа тұйықталу орын алған кезде және электрондық компоненттер ілмекті кесіп тастай алмаса, ұяшық ішінде жоғары жылу пайда болады, бұл электролиттің бір бөлігін, батарея қабығын булайды.Батареяның ішкі температурасы 135 градус Цельсийге дейін жоғары болғанда, сапалы диафрагма қағазы жұқа тесікті жабады, электрохимиялық реакция тоқтатылады немесе аяқталуға жақын, ток төмендейді және температура да баяу төмендейді, осылайша жарылысты болдырмайды. .Бірақ жабылу жылдамдығы нашар немесе мүлде жабылмайтын диафрагма қағазы батареяны жылы ұстайды, электролит көбірек буланады және ақырында батарея корпусын жарып жібереді немесе тіпті батарея температурасын материал жанып кететін деңгейге дейін көтереді. және жарылады.Ішкі қысқа тұйықталу негізінен мыс фольгасы мен алюминий фольгасының диафрагманы тесіп өтуінен немесе литий атомдарының дендритті кристалдарының диафрагманы тесіп өтуінен болады.
Бұл кішкентай, ине тәрізді металдар микроқысқа тұйықталуларды тудыруы мүмкін.Ине өте жұқа және белгілі бір қарсылық мәніне ие болғандықтан, ток өте үлкен болуы міндетті емес.Мыс алюминий фольгасының бұдырлары өндіріс процесінде пайда болады.Бақыланатын құбылыс аккумулятордың тым тез ағып кетуі және олардың көпшілігін ұялы зауыттар немесе құрастыру зауыттары тексере алады.Қылшықтар кішкентай болғандықтан, кейде олар күйіп кетеді, бұл батареяны қалыпты жағдайға қайтарады.Сондықтан, burr микро қысқа тұйықталудан туындаған жарылыс ықтималдығы жоғары емес.Мұндай көрініс, жиі әрбір ұяшық зауытының ішінен зарядтауға болады, төмен нашар батареядағы кернеу, бірақ сирек жарылыс, статистикалық қолдау алуға.Сондықтан ішкі қысқа тұйықталудан туындаған жарылыс негізінен шамадан тыс зарядтаудан болады.Шамадан тыс зарядталған артқы электрод парағында барлық жерде ине тәрізді литий металл кристалдары болғандықтан, тесу нүктелері барлық жерде және микро-қысқа тұйықталу барлық жерде болады.Сондықтан ұяшық температурасы бірте-бірте көтеріледі, ең соңында жоғары температура газды электролитке айналдырады.Бұл жағдай, температура материалдың жану жарылыс жасау үшін тым жоғары, немесе қабықша бірінші сынған, сондықтан ауа мен литий металл қатты тотығу, жарылыс соңы болып табылады.
Бірақ шамадан тыс зарядтаудан туындаған ішкі қысқа тұйықталудан туындаған мұндай жарылыс зарядтау кезінде міндетті түрде болмайды.Тұтынушылар зарядтауды тоқтатып, батарея материалды жағуға және батарея корпусын жарып жіберуге жеткілікті газ шығаруға жеткілікті қызғанша телефондарын шығарып алуы мүмкін.Көптеген қысқа тұйықталулар нәтижесінде пайда болатын жылу батареяны баяу жылытады және біраз уақыттан кейін жарылып кетеді.Тұтынушылардың жалпы сипаттамасы - олар телефонды алып, оның өте ыстық екенін байқады, содан кейін оны лақтырып жіберді және жарылды.Жарылыстың жоғарыда аталған түрлеріне сүйене отырып, біз артық зарядтың алдын алуға, сыртқы қысқа тұйықталудың алдын алуға және ұяшықтың қауіпсіздігін жақсартуға назар аудара аламыз.Олардың ішінде шамадан тыс зарядтау мен сыртқы қысқа тұйықталудың алдын алу электронды қорғанысқа жатады, ол аккумуляторлық жүйе мен аккумулятор жинағының дизайнымен байланысты.Жасуша қауіпсіздігін жақсартудың негізгі нүктесі химиялық және механикалық қорғаныс болып табылады, ол жасуша өндірушілерімен жақсы қарым-қатынаста болады.
Қауіпсіз жасырын ақаулық
Литий-ионды аккумулятордың қауіпсіздігі тек жасуша материалының табиғатына ғана емес, сонымен қатар аккумуляторды дайындау технологиясына және пайдалануға байланысты.Ұялы телефон батареялары, бір жағынан, қорғаныс тізбегінің істен шығуына байланысты жиі жарылып кетеді, бірақ одан да маңыздысы, материалдық аспект мәселені түбегейлі шешпеді.
Кобальт қышқылы литий катодты белсенді материал шағын аккумуляторларда өте жетілген жүйе болып табылады, бірақ толық зарядталғаннан кейін анодта әлі де көп литий иондары бар, шамадан тыс зарядталған кезде анодта қалған литий иондары анодқа түседі деп күтілуде. , катодта түзіледі дендрит кобальт қышқылы литий аккумуляторды шамадан тыс зарядтау нәтижесін пайдаланып, тіпті қалыпты зарядтау және разряд процесінде дендриттерді қалыптастыру үшін теріс электродқа бос артық литий иондары болуы мүмкін.Литий кобалаты материалының теориялық меншікті энергиясы 270 мАч/г-ден асады, бірақ нақты сыйымдылығы оның циклдік өнімділігін қамтамасыз ету үшін теориялық сыйымдылықтың жартысы ғана.Қолдану процесінде қандай да бір себептермен (мысалы, басқару жүйесінің зақымдануы) және аккумуляторды зарядтау кернеуі тым жоғары болғандықтан, оң электродтағы литийдің қалған бөлігі электролит арқылы теріс электрод бетіне шығарылады. дендриттер түзу үшін литий металды тұндыру формасы.Дендриттер Диафрагманы тесіп, ішкі қысқа тұйықталу.
Электролиттің негізгі құрамдас бөлігі – карбонат, оның тұтану температурасы төмен және қайнау температурасы төмен.Ол белгілі бір жағдайларда күйіп кетеді немесе тіпті жарылып кетеді.Батарея қатты қызып кетсе, ол электролиттегі карбонаттың тотығуына және азаюына әкеледі, нәтижесінде газ көп және одан да көп қызады.Сақтандырғыш клапан болмаса немесе газ сақтандырғыш клапан арқылы шығарылмаса, аккумулятордың ішкі қысымы күрт көтеріліп, жарылыс тудырады.
Полимерлі электролит литий-иондық батарея қауіпсіздік мәселесін түбегейлі шешпейді, литий кобальт қышқылы мен органикалық электролит де қолданылады, ал электролит коллоидты, ағып кету оңай емес, қатты жану пайда болады, жану полимерлі батарея қауіпсіздігінің ең үлкен мәселесі.
Сондай-ақ аккумуляторды пайдалануда кейбір мәселелер бар.Сыртқы немесе ішкі қысқа тұйықталу бірнеше жүз ампер шамадан тыс ток тудыруы мүмкін.Сыртқы қысқа тұйықталу орын алған кезде аккумулятор үлкен токты бірден разрядтайды, көп энергияны тұтынады және ішкі кедергіде үлкен жылу шығарады.Ішкі қысқа тұйықталу үлкен ток құрайды, ал температура көтеріледі, бұл диафрагманың еріп кетуіне және қысқа тұйықталу аймағының кеңеюіне әкеледі, осылайша қатыгез циклді құрайды.
Литий-ионды аккумулятор бір ұяшықты 3 ~ 4,2 В жоғары жұмыс кернеуіне қол жеткізу үшін кернеудің ыдырауын 2 В органикалық электролиттен жоғары қабылдауы керек және жоғары ток жағдайында органикалық электролитті пайдалану, жоғары температура жағдайында электролизді, электролиттік болады. газ, нәтижесінде ішкі қысымның жоғарылауы, қабықшаны айтарлықтай бұзады.
Шамадан тыс зарядтау литий металын тұндыруы мүмкін, қабық жарылған жағдайда, ауамен тікелей байланыста, нәтижесінде жану, сонымен бірге электролит тұтану, күшті жалын, газдың тез кеңеюі, жарылыс.
Сонымен қатар, ұялы телефонның литий-иондық аккумуляторы үшін дұрыс пайдаланбау салдарынан, мысалы, экструзия, соққы және суды қабылдау батареяның кеңеюіне, деформациясына және крекингіне және т.б., бұл батареяның қысқа тұйықталуына әкеледі, зарядсыздану немесе зарядтау процесінде жылу жарылысы арқылы.
Литий батареяларының қауіпсіздігі:
Дұрыс пайдаланбау салдарынан шамадан тыс зарядсыздану немесе шамадан тыс зарядтауды болдырмау үшін бір литий-ионды аккумуляторда үш есе қорғаныс механизмі орнатылған.Біреуі коммутациялық элементтерді пайдалану, батареяның температурасы көтерілгенде оның кедергісі жоғарылайды, температура тым жоғары болғанда, автоматты түрде электр қуатын беруді тоқтатады;Екіншісі - тиісті бөлім материалын таңдау, температура белгілі бір мәнге дейін көтерілгенде, бөлімдегі микрон тесіктері автоматты түрде ериді, осылайша литий иондары өте алмайды, батареяның ішкі реакциясы тоқтайды;Үшіншісі - қауіпсіздік клапанын орнату (яғни, батареяның үстіңгі жағындағы желдету тесігі).Батареяның ішкі қысымы белгілі бір мәнге көтерілгенде, батареяның қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін қауіпсіздік клапаны автоматты түрде ашылады.
Кейде, аккумулятордың өзінде қауіпсіздікті бақылау шаралары бар, бірақ басқарудың істен шығуынан туындаған кейбір себептерге байланысты сақтандыру клапанының немесе газдың болмауы қауіпсіздік клапаны арқылы босатуға уақыт жоқ, батареяның ішкі қысымы күрт көтеріледі және жарылыс.Әдетте, литий-ионды батареяларда жинақталған жалпы энергия олардың қауіпсіздігіне кері пропорционалды.Батареяның сыйымдылығы артқан сайын аккумулятордың көлемі де ұлғаяды және оның жылуды тарату өнімділігі нашарлайды және апаттар ықтималдығы айтарлықтай артады.Ұялы телефондарда қолданылатын литий-ионды аккумуляторлар үшін негізгі талап - қауіпсіздік апаттарының ықтималдығы миллионнан бірден аз болуы керек, бұл да халық үшін қолайлы ең төменгі стандарт.Үлкен сыйымдылықты литий-ионды аккумуляторлар үшін, әсіресе автомобильдер үшін, мәжбүрлі жылуды таратуды қабылдау өте маңызды.
Толық зарядталған күйде оң электродтағы литий иондарының теріс көміртегі тесігіне толығымен енгізілгенін қамтамасыз ету үшін молекулалық құрылым тұрғысынан қауіпсіз электрод материалдарын, литий марганец оксиді материалын таңдау, дендриттердің пайда болуын түбегейлі болдырмайды.Сонымен қатар, литий марганец қышқылының тұрақты құрылымы, оның тотығу өнімділігі литий кобальт қышқылынан әлдеқайда төмен, литий кобальт қышқылының ыдырау температурасы 100 ℃-ден жоғары, тіпті сыртқы сыртқы қысқа тұйықталу (инелеу), сыртқы қысқа тұйықталу, шамадан тыс зарядтау, сонымен қатар тұндырылған литий металынан туындаған жану және жарылыс қаупін толығымен болдырмайды.
Сонымен қатар, литий манганат материалын пайдалану да өзіндік құнын айтарлықтай төмендетуі мүмкін.
Қолданыстағы қауіпсіздікті басқару технологиясының жұмысын жақсарту үшін алдымен литий-иондық батарея ядросының қауіпсіздік көрсеткіштерін жақсарту керек, бұл үлкен сыйымдылықтағы батареялар үшін өте маңызды.Жақсы термиялық жабу өнімділігі бар диафрагманы таңдаңыз.Диафрагманың рөлі литий иондарының өтуіне мүмкіндік бере отырып, батареяның оң және теріс полюстерін оқшаулау болып табылады.Температура көтерілген кезде мембрана ерімей тұрып жабылады, ішкі кедергіні 2000 Ом-қа дейін көтеріп, ішкі реакцияны тоқтатады.Ішкі қысым немесе температура алдын ала белгіленген стандартқа жеткенде, жарылыстан қорғалған клапан ішкі газдың шамадан тыс жиналуын, деформацияны болдырмау үшін ашылады және қысымды босатады және сайып келгенде, қабықтың жарылуына әкеледі.Басқару сезімталдығын жақсартыңыз, неғұрлым сезімтал басқару параметрлерін таңдаңыз және бірнеше параметрлердің біріктірілген басқаруын қабылдаңыз (бұл әсіресе үлкен сыйымдылықтағы батареялар үшін маңызды).Үлкен сыйымдылығы бар литий-иондық аккумуляторлар сериясы/параллель көп ұялы құрамдар болып табылады, мысалы, ноутбук компьютерінің кернеуі 10 В-тан жоғары, сыйымдылығы үлкен, әдетте 3-тен 4-ке дейін бір батарея сериясын пайдалану кернеу талаптарына жауап бере алады, содан кейін 2-3 сериялы үлкен сыйымдылықты қамтамасыз ету үшін батарея жинағын параллельді.
Сыйымдылығы жоғары аккумулятор жинағының өзі салыстырмалы түрде мінсіз қорғаныс функциясымен жабдықталған болуы керек, сонымен қатар схемалық плата модулінің екі түрін де қарастырған жөн: ProtecTIonBoardPCB модулі және SmartBatteryGaugeBoard модулі.Батареяны қорғаудың бүкіл дизайны мыналарды қамтиды: 1 деңгейлі қорғаныс IC (батареяның шамадан тыс зарядталуын, шамадан тыс зарядсыздануын, қысқа тұйықталуды болдырмау), 2 деңгейлі қорғаныс IC (екінші асқын кернеудің алдын алу), сақтандырғыш, жарықдиодты индикатор, температураны реттеу және басқа компоненттер.Көп деңгейлі қорғаныс механизмі бойынша, тіпті қуатсыз зарядтағыш пен ноутбук болған жағдайда да, ноутбук батареясын тек автоматты қорғау күйіне ауыстыруға болады.Жағдай маңызды емес болса, ол розеткаға қосылып, жарылусыз шығарылғаннан кейін жиі қалыпты жұмыс істейді.
Ноутбуктер мен ұялы телефондарда қолданылатын литий-ионды батареяларда қолданылатын негізгі технология қауіпті және қауіпсіз құрылымдарды қарастыру керек.
Қорытындылай келе, материалдық технологияның прогрессімен және адамдардың литий-ионды аккумуляторларды жобалау, өндіру, сынау және пайдалану талаптары туралы түсінігінің тереңдеуімен литий-иондық батареялардың болашағы қауіпсіз болады.
Жіберу уақыты: 07 наурыз 2022 ж