Характеристики на литиево-йонна батерия
Литийът е най-малкият и най-оживеният метал на химическата маса. Малък обем и толкова голяма плътност на обема, Той е широко популярен сред потребителите и инженерите. Но химическите характеристики са твърде оживени, носят изключително висок риск. Литиевият метал, когато е изложен на въздух, с кислород предизвиква интензивно окисляване и експлозия. За да подобрят безопасността и напрежението, учените са изобретили материали като графит и литиев кобалтат, за да съхраняват литиеви атоми. Молекулярната структура на тези материали образува малка решетка за съхранение, която може да се използва за съхранение на литиеви атоми. По този начин, дори ако обвивката на акумулатора се счупи и кислородът попадне, кислородът е твърде голям, за да могат молекулите на кислорода да влязат в тези малки клетки за съхранение, така че литиевите атоми да не контактуват с кислорода и да избегнат експлозия. Този принцип на литиево-йонните батерии позволява на хората да постигнат целите на безопасността, като същевременно получават нейната висока плътност.
Когато литиево-йонната батерия се зареди, положителните литиеви атоми губят електроните си и се окисляват до литиеви йони. Литиевите йони плуват до отрицателния електрод през електролита, влизат в решетката за съхранение на отрицателния електрод и получават електрон, редуциран до литиеви атоми. При изписване цялата процедура се преобръща. За да се предотврати късо съединение между положителния и отрицателния полюс, диафрагмена хартия с много тънки отвори за предотвратяване на късо съединение. Добрата мембранна хартия може също така автоматично да затвори финия отвор, когато температурата на батерията е твърде висока, така че литиевите йони не могат да преминат, за да се хабят бойните изкуства, за да се предотврати опасност.
Предпазни мерки
Литиевите батерии могат да започнат да имат странични ефекти след презареждане до напрежение над 3.7V. колкото по-високо е напрежението на презареждане, толкова по-висок е рискът. След като литиевото напрежение е по-високо от 3.7V, броят на литиевите атоми в катодния материал е по-малък от половината от катодния материал, когато решетката за съхранение често се срутва, причинявайки траен спад в капацитета на батерията. Ако зареждането продължи, последващият литиев метал ще се натрупва на повърхността на отрицателния материал, тъй като отрицателната решетка за съхранение вече е изпълнена с литиеви атоми. Тези литиеви атоми нарастват разклонена кристализация от отрицателната повърхност към посоката на литиевите йони. Тези литиево-метални кристали преминават през мембранната хартия за късо съединение на положителния и отрицателния полюс. Понякога батерията експлодира преди късо съединение, тъй като в процеса на презареждане електролитът и други материали ще прекъснат газа, причинявайки счупване на обвивката на батерията или клапан за налягане, което позволява на кислорода да реагира с литиеви атоми, натрупани на отрицателната повърхност, експлодира. Ето защо, когато се зарежда литиева батерия, трябва да зададем ограничение на напрежението, за да вземем предвид живота, капацитета и безопасността на батерията едновременно. Идеална горна граница на зареждащото напрежение от 3.6V.
Трябва също да има ограничение за ниско напрежение за разреждането на литиевата батерия. Когато напрежението на клетката е по-малко от 2V, част от материала започва да се разрушава. И тъй като батерията ще се саморазрежда, колкото по-дълго батерията не е заредена, напрежението на батерията ще бъде по-ниско. следователно е най-добре да не разреждате клетъчния волт до 2V. Капацитетът за разреждане на литиева батерия от 3.0V до 2.8V е само около 3% от капацитета на батерията. По този начин 3.0V е идеално напрежение за изключване при разреждане.
В процеса на зареждане и разреждане също е необходима текущата граница. Когато токът е твърде голям, литиевите йони са твърде късно, за да влязат в пространството за съхранение и ще се съберат на повърхността на материала. Тези литиеви йони получават електрони, произвеждайки атомна кристализация на литий на повърхността на материала, както при презареждане, причинявайки опасно. В случай, че обвивката на батерията се счупи, тя експлодира.
Следователно защитата на литиево-йонната батерия включва поне три аспекта: ограничение на напрежението на зареждане, ограничение на напрежението на разреждане и ограничение на тока. Като цяло, в литиевата батерия, в допълнение към литиевата клетка, ще има Система за управление на батерията （BMS）, BMS е основно устройство за осигуряване на тези три защити. Системата за управление на батерията обаче очевидно не е достатъчна. Видяхме, че експлозиите на литиеви батерии се случват по целия свят. За да се гарантира безопасността на акумулаторната система, има по-внимателен анализ на причината за експлозията на батерията по-долу:
Причини за експлозия на батерията:
1: по-голяма вътрешна поляризация на клетката!
2: Полярна плоча абсорбира вода и реагира с електролита.
3: Проблеми с качеството и работата на самия електролит.
4: Количеството течно инжектиране не отговаря на изискванията на процеса.
5: Лошо запечатване при лазерно заваряване по време на процеса на монтаж, изтичане на въздух и измерване на течове
6: Прах, полярен прах първо е лесно да доведе до микро късо съединение, конкретната причина е неизвестна.
7: Положителният и отрицателният електроден лист е по-дебел от обхвата на процеса и е трудно да се влезе в обвивката.
8: Проблем с инжекционното уплътняване и лошото запечатване на стоманените перли води до газов барабан.
9: Материалът на черупката е с дебела стена на обвивката и деформацията на черупката влияе върху дебелината.
Анализ
Причините за експлозията на литиева батерия могат да бъдат обобщени катовъншно късо съединение, iвътрешно късо съединение,ипрезареждане. Екстериорът тук се отнася до екстериора на клетката, включително късо съединение, причинено от лошия дизайн на изолацията на батерията.
Когато късо съединение настъпи навън, батерията и електронните устройства не успеят да прекъснат веригата, вътре в клетката ще се получи силно нагряване, което води до изпаряване на малко електролит и задържане на корпуса на батерията. Когато вътрешната температура на батерията е висока до 135 градуса по Целзий, качествената диафрагмена хартия ще затвори финия отвор, електрохимичната реакция завършва или почти приключва, токът рязко пада и температурата бавно спада, като по този начин се избягва експлозията. Въпреки това, скоростта на затваряне на финия отвор е твърде лоша или диафрагмената хартия, която изобщо не се затваря, ще накара температурата на батерията да продължи да се повишава, да се изпарява повече електролит и накрая да счупи корпуса на батерията и дори да повиши температурата на батерията, за да направи материалът изгаря и експлодира.
Вътрешното късо съединение е причинено главно от разкъсването на медно фолио и алуминиево фолио или криволичещата кристализация на литиевите атоми. Тези малки металоподобни метали могат да причинят микро късо съединение. Тъй като иглата е много фина с определено съпротивление, токът няма да бъде много голям. Мед и алуминиево фолио са причинени в производствения процес, наблюдаваното явление е, че изтичането на батерията е твърде бързо, повечето могат да бъдат прегледани от основната фабрика или сглобяващото предприятие. Също така, малката вдлъбнатина е малка, понякога изгорена, което връща батерията в норма. Следователно вероятността от експлозия, причинена от микро късо съединение, не е висока.
всички фабрики за литиево-йонни клетки ще намерят някои батерии с лошо качество, които след кратко зареждане ще се понижат, но малко експлозии, отнесени към статистическите данни. Следователно експлозията, причинена от вътрешното късо съединение, е причинена главно от презареждане. Тъй като презаредената полюсна плоча е пълна с кристална литиева метална кристализация, точките на пробиване са навсякъде, което ще доведе до микро късо съединение. Следователно температурата на батерията постепенно ще се повиши и накрая високата температура ще причини електролитен газ. В процеса, независимо дали високата температура кара експлозията на изгарянето на материала или обвивката е била счупена първо, тя ще пропусне въздуха и окислението на литиевия метал ще ожести, което ще доведе до експлозия.
Но експлозията, причинена от вътрешно късо съединение, не се е случила по време на зареждането. Тъй като температурата на батерията не е твърде висока, за да изгори материала или произведеният газ не е достатъчен, за да счупи корпуса на батерията, потребителят спира да се зарежда. По това време топлината, генерирана от много микро къси съединения, бавно повишава температурата на батерията, след определен период от време се получава експлозия.
Въз основа на горните видове експлозия,ТорфанТехническият екип се фокусира върху защитата от презареждане, предотвратяване на външно късо съединение и подобряване на безопасността на клетката за предотвратяване на експлозия. Сред тях защитата от презареждане и предотвратяването на външно късо съединение принадлежат към електронната защита, която е в голяма степен свързана с дизайна на акумулаторната система и инсталацията на батерията. Фокусът на подобряването на безопасността на клетките е химическата и механичната защита, която е в голяма степен свързана с производителите на клетки на акумулатори.
Спецификация на дизайна
Системата за управление на батерията Torphan може да осигури две защитни защити за презареждане, претоварване и свръхток, съответно, включително зарядното устройство и батерията. Зарядното устройство Torphan превръща AC в DC и ограничава максималния ток и максималното напрежение на DC. Защитата на батерията съдържа две части - системата за управление на батерията и клетката на акумулатора. За първата защита системата за управление на батерията може да комуникира със зарядното устройство, тя ще изпраща препоръки като ограничаване на потока и спиране на сигнали за зареждане към зарядното устройство, според към събраната информация за батерията. Когато зарядното устройство получи сигнала, зарядното устройство автоматично ще намали тока на зареждане или ще спре зареждането. Когато зарядното устройство не успее да се свърже със системата за управление на батерията, системата за управление на батерията ще изключи релето вътре в батерията и ще прекъсне цялата верига за зареждане, което е втората защита.Това означава, че дори ако веригата се повреди, батерията няма да бъдете прекалено заредени и опасни.
Накратко, по време на проектирането на акумулаторната система, електронната защита е първата защита при презареждане, претоварване и свръхток. Системата за управление на батерията е втората защита.
Въпреки че горните методи осигуряват две защити, Понякога потребителите често купуват неоригинално зарядно устройство, за да зареждат батериите, когато зарядното устройство е счупено, за да могат да закупят зарядно устройство с ниско качество или едно зарядно устройство, което не може да комуникира с управлението на батерията. Това ще доведе до първата загубена защита. Презареждането е най-важният фактор за експлозията на батерията, така че по-ниските зарядни устройства могат да бъдат наречени виновници за експлозията на батерията.
Финална линия на защита
Ако електронната защита не успее, последната линия на защита ще бъде осигурена от клетката. Нивото на безопасност на клетката може да бъде леко диференцирано в зависимост от това дали клетката може да бъде разделена чрез външно късо съединение и презареждане. Защото, преди да избухне батерията, литиевите атоми се натрупват от вътрешната страна на повърхността на материала. Освен това защитата от презареждане често се дължи на това, че потребителите използват по-ниско зарядно устройство и имат само една линия на защита, следователно съпротивлението на презареждане на клетките е по-важно от способността да се противопоставят на външното късо съединение.
