Lithium-ion batteri egenskaber
Lithium er det mindste og mest livlige metal på det kemiske cyklusbord. Lille volumen og så høj lydstyrke, Det er meget populært blandt forbrugere og ingeniører. Men de kemiske egenskaber er for livlige, det medfører en ekstrem høj risiko. Lithiummetal, når det udsættes for luft med ilt, producerer intens oxidation og eksplosion. For at forbedre sikkerhed og spænding har forskere opfundet materialer som grafit og lithiumcobaltat til opbevaring af lithiumatomer. Molekylstrukturen af disse materialer danner et lille opbevaringsgitter, der kan bruges til at opbevare lithiumatomer. På denne måde er ilt for stort til, at iltmolekyler kan komme ind i disse små lagringsceller, selvom batteriskallen går i stykker og ilt kommer ind, så lithiumatomer ikke kommer i kontakt med ilt og undgår eksplosion. Dette princip med lithium-ion-batterier gør det muligt for folk at opnå sikkerhedsformål, mens de opnår dens høje kapacitetstæthed.
Når lithiumionbatteriet er opladet, mister de positive lithiumatomer deres elektroner og oxideres til lithiumioner. Lithiumioner svømmer til den negative elektrode gennem elektrolytten, kommer ind i den negative elektrodes opbevaringsgitter og opnår en elektron, reduceret til lithiumatomer. Efter udskrivning vender hele proceduren på hovedet. For at forhindre en kortslutning mellem de positive og negative poler, et membranpapir med mange tynde huller for at forhindre kortslutning. Godt membranpapir kan også automatisk lukke det fine hul, når batteritemperaturen er for høj, så lithiumioner ikke kan krydse igennem for at spilde kampsport for at forhindre fare.
Beskyttelsesforanstaltninger
Lithium-battericeller kan begynde at få bivirkninger efter overopladning til en spænding over 3,7 V. jo højere overopladningsspænding, jo højere har risikoen fulgt. Efter at litiumspændingen er højere end 3,7 V, er antallet af lithiumatomer i katodematerialet mindre end halvdelen af katodematerialet, når lagergitteret ofte kollapser og forårsager et permanent fald i batterikapaciteten. Hvis opladningen fortsætter, akkumuleres det efterfølgende lithiummetal på overfladen af det negative materiale, fordi det negative opbevaringsgitter allerede er fyldt med lithiumatomer. Disse lithiumatomer vokser forgreningskrystallisation fra den negative overflade til retningen af lithiumioner. Disse lithiummetalkrystaller passerer gennem membranpapiret for at kortslutte de positive og negative poler. Undertiden eksploderer batteriet før kortslutningen, fordi elektrolyt og andre materialer i overopladningsprocessen bryder gassen, hvilket får batteriskallen eller trykventilen til at bryde sammen, hvilket tillader ilt at reagere med lithiumatomer akkumuleret på den negative overflade og derefter eksplodere. Derfor skal vi, når lithiumbatteriet oplades, indstille spændingsgrænsen for at tage højde for batteriets levetid, kapacitet og sikkerhed på samme tid. Ideel opladningsspændings øvre grænse på 3,6 V.
Der skal også være en lav spændingsgrænse for afladning af lithiumbatteri. Når cellespændingen er mindre end 2V, begynder en del af materialet at blive ødelagt. Og fordi batteriet aflades selv, jo længere batteriet ikke er opladet, vil batterispændingen være lavere. derfor er det bedst ikke at aflade celle volt til 2V. Lithiumbatteriets afladningskapacitet fra 3,0 V til 2,8 V er kun omkring 3% af batterikapaciteten. Således er 3.0V en ideel afladningsspænding.
I opladnings- og afladningsprocessen er den aktuelle grænse også nødvendig. Når strømmen er for stor, er lithiumionerne for sent til at komme ind i lagerpladsen og samles på overfladen af materialet. Disse lithiumioner får elektroner, der producerer atomisk atomkrystallisering på overfladen af materialet, som ved overopladning, hvilket forårsager farligt. Hvis batteriskallen går i stykker, eksploderer den.
Derfor omfatter beskyttelsen af lithium-ion-batteri mindst tre aspekter: opladningsspændingsgrænse, afladningsspændingsgrænse og strømgrænse. Generelt vil der i litiumbatteripakken foruden lithiumcellen være et batteristyringssystem （BMS）, BMS er hovedsageligt en enhed til at yde disse tre beskyttelse. Dog er batteristyringssystemet naturligvis ikke nok. Vi har set, at lithium-batterieksplosioner sker overalt i verden. For at sikre batterisystemets sikkerhed er der en mere omhyggelig analyse af årsagen til batterieksplosionen nedenfor:
Årsager til eksplosion af batteri:
1: større celle intern polarisering!
2: Polarplade absorberer vand og reagerer med elektrolytten.
3: Kvalitets- og ydeevneproblemerne for selve elektrolytten.
4: Væskeinjektionsmængden opfylder ikke proceskravene.
5: Dårlig tætningsevne ved lasersvejsning under samleprocessen, luftlækage og lækagemåling.
6: Støv, polært støv er først let at føre til mikrokortslutning, den specifikke årsag er ukendt.
7: Det positive og negative elektrodeark er tykkere end procesområdet, og det er svært at komme ind i skallen.
8: Injektionsforseglingsproblem og dårlig forseglingsevne for stålperler fører til gastromle.
9: Skallematerialet er tyk skalvæg, og skaldeformationen påvirker tykkelsen.
Analyse
Årsagerne til litiumbatteriets eksplosion kan opsummeres somekstern kortslutning, iintern kortslutning,ogoveropladning. Det ydre refererer her til det udvendige af cellen, inklusive kortslutning forårsaget af batteriets dårlige isoleringsdesign.
Når der opstår kortslutning udenfor, undlader batteriet og de elektroniske enheder at afbryde kredsløbet, der opstår høj varme inde i cellen, hvilket forårsager fordampning af en del elektrolyt og holder batteriskallen stort. Når batteriets interne temperatur er høj til 135 grader Celsius, lukker membranpapiret i det fine hul, den elektrokemiske reaktion slutter eller næsten slutter, strømmen falder kraftigt, og temperaturen falder langsomt og undgår dermed eksplosionen. Lukningshastigheden for fint hul er imidlertid for dårlig, eller membranpapiret, der slet ikke lukker, får batteritemperaturen til at fortsætte med at stige, fordampe mere elektrolyt og til sidst bryde batteriets skal og endda hæve batteriets temperatur for at gøre materialet brænder og eksploderer.
Den interne kortslutning er hovedsageligt forårsaget af graden af kobberfolie og aluminiumsfolie eller den bøjelige krystallisering af lithiumatomer. Disse små nålelignende metaller kan forårsage mikrokortslutning. Da nålen er meget fin med en vis modstand, vil strømmen ikke være særlig stor. Kobber- og aluminiumsfoliegrader forårsages i produktionsprocessen, det observerede fænomen er, at batterilækage er for hurtig, de fleste kan screenes ud af kernefabrikken eller monteringsanlægget. Også den lille burr er lille, nogle gange brændt, hvilket bringer batteriet tilbage til det normale. Derfor er sandsynligheden for eksplosion forårsaget af mikrokortslutning ikke høj.
hele lithium-ion-cellefabrikken vil finde nogle batterier af dårlig kvalitet, som går lavt efter opladning kort tid, men få eksplosioner, henvist til statistiske data. Derfor er eksplosionen forårsaget af den interne kortslutning hovedsageligt forårsaget af overopladning. Fordi den overopladede polplade er fuld af krystallisering af nålelithiummetal, er punkteringspunkter overalt, hvilket vil medføre mikrokortslutning. Derfor vil batteriets temperatur gradvist stige, og til sidst vil den høje temperatur forårsage elektrolytgas. Uanset om den høje temperatur får materialeforbrændingen til at eksplodere, eller skallen blev brudt først, vil den i luften lade luften trænge ind og lithiummetallet hård oxidation, hvilket vil føre til eksplosion.
Men eksplosionen forårsaget af en intern kortslutning blev ikke til stede på opladningstidspunktet. Det er fordi, at batteriets temperatur ikke er for høj til at få materialet til at brænde, eller at den producerede gas ikke er nok til at bryde batteriskallen, brugeren holder op med at oplade. På dette tidspunkt øgede varmen genereret af mange mikrokortslutninger langsomt batteriets temperatur, efter en periode eksplosionen opstod.
Baseret på ovenstående typer eksplosion,TorphanDet tekniske team fokuserer på beskyttelse af overopladning, ekstern kortslutningsforebyggelse og forbedring af cellens sikkerhed til eksplosion. Blandt dem hører overopladningsbeskyttelse og ekstern kortslutningsforebyggelse til elektronisk beskyttelse, som i høj grad er relateret til designet af batterisystemet og installationen af batteripakken. Fokus på forbedring af cellesikkerheden er kemisk og mekanisk beskyttelse, som er stærkt relateret til producenterne af battericeller.
Designspecifikation
Torphan-batteristyringssystem kan yde to sikkerhedsbeskyttelse til henholdsvis overopladning, overopladning og overstrøm inklusive opladeren og batteripakken. Torphan-opladeren vender vekselstrøm til jævnstrøm og begrænser den maksimale strøm og den maksimale spænding på jævnstrøm. Batteripakkebeskyttelsen indeholder to dele --- batteristyringssystemet og battericellen. For den første beskyttelse kan batteristyringssystemet kommunikere med opladeren, det sender kommandoer såsom flowbegrænsning og stop af opladningssignaler til opladeren ifølge til de indsamlede batterioplysninger. Når opladeren modtager signalet, reducerer opladeren automatisk opladningsstrømmen eller stopper opladningen. Når opladeren ikke kommunikerer med batteristyringssystem, afbryder batteristyringssystemet relæet inde i batteripakken og afskærer hele opladningskredsløbet, hvilket er den anden beskyttelse. Dette betyder, at selvom et kredsløb svigter, vil batteriet ikke være overopladet og farlig.
Kort sagt, under batterisystemdesignet er elektronisk beskyttelse den første beskyttelse mod overopladning, overopladning og overstrøm. Batteristyringssystemet er den anden beskyttelse.
Selvom ovenstående metoder giver to beskyttelser, køber forbrugerne ofte en ikke-original oplader til at oplade batterierne, når opladeren er i stykker, så de måske køber en oplader af lav kvalitet eller en oplader, der ikke kan kommunikere med batteristyring. Dette vil føre til mistet første beskyttelse. Overopladning er den vigtigste faktor i batterieksplosionen, så ringere opladere kan kaldes synderen for batterieksplosionen.
Endelige forsvarslinje
Hvis den elektroniske beskyttelse mislykkes, vil den sidste forsvarslinje blive leveret af cellen. Sikkerhedsniveauet for cellen kan være lidt differentieret baseret på, om cellen kan adskilles ved ekstern kortslutning og overopladning. Fordi lithiumatomer akkumuleres indeni på overfladen af materialet, inden batteriet eksploderer. Desuden er beskyttelsen af overopladning ofte fordi forbrugere bruger en ringere oplader og kun har en forsvarslinje. Derfor er celleoveropladningsmodstand vigtigere end evnen til at modstå den eksterne kortslutning.
