Caratteristiche della batteria agli ioni di litio
Il litio è il metallo più piccolo e più vivo sulla tavola del ciclo chimico. Volume ridotto e densità di volume così elevata, è molto popolare tra i consumatori e gli ingegneri. Ma, le caratteristiche chimiche sono troppo vivaci, comportano un rischio estremamente elevato. Il litio metallico se esposto all'aria, con l'ossigeno produce un'intensa ossidazione ed esplosione. Per migliorare la sicurezza e il voltaggio, gli scienziati hanno inventato materiali come grafite e cobalto di litio per immagazzinare atomi di litio. La struttura molecolare di questi materiali forma un piccolo reticolo di accumulo che può essere utilizzato per immagazzinare atomi di litio. In questo modo, anche se il guscio della batteria si rompe e l'ossigeno entra, l'ossigeno è troppo grande perché le molecole di ossigeno entrino in queste piccole celle di stoccaggio, in modo che gli atomi di litio non entrino in contatto con l'ossigeno ed evitino l'esplosione. Questo principio delle batterie agli ioni di litio consente alle persone di raggiungere obiettivi di sicurezza pur ottenendo la sua elevata densità di capacità.
Quando la batteria agli ioni di litio è carica, gli atomi di litio positivi perdono i loro elettroni e si ossidano in ioni di litio. Gli ioni di litio nuotano verso l'elettrodo negativo attraverso l'elettrolita, entrano nel reticolo di immagazzinamento dell'elettrodo negativo e ottengono un elettrone, ridotto ad atomi di litio. Al momento della dimissione, l'intera procedura si capovolge. Per evitare un cortocircuito tra i poli positivo e negativo, un diaframma di carta con molti fori sottili per evitare il cortocircuito. Una buona carta diaframma può anche chiudere automaticamente il foro sottile quando la temperatura della batteria è troppo alta, in modo che gli ioni di litio non possano attraversare, sprecare le arti marziali, per prevenire il pericolo.
Misure protettive
Le celle della batteria al litio possono iniziare ad avere effetti collaterali dopo il sovraccarico a una tensione superiore a 3,7 V. maggiore è la tensione di sovraccarico, maggiore è il rischio. Dopo che la tensione del litio è superiore a 3,7 V, il numero di atomi di litio nel materiale del catodo è inferiore alla metà del materiale del catodo, quando il reticolo di stoccaggio spesso collassa, causando un calo permanente della capacità della batteria. Se la carica continua, il metallo di litio successivo si accumulerà sulla superficie del materiale negativo perché il reticolo di immagazzinamento negativo è già pieno di atomi di litio. Questi atomi di litio sviluppano la cristallizzazione dei rami dalla superficie negativa alla direzione degli ioni di litio. Questi cristalli di litio metallico passano attraverso la carta del diaframma per cortocircuitare i poli positivo e negativo. A volte la batteria esplode prima del cortocircuito, perché nel processo di sovraccarico, l'elettrolita e altri materiali rompono il gas, causando la rottura del guscio della batteria o della valvola di pressione, consentendo all'ossigeno di reagire con gli atomi di litio accumulati sulla superficie negativa, e quindi esplodere. Pertanto, durante la ricarica della batteria al litio, dobbiamo impostare il limite di tensione, per tenere conto della durata, della capacità e della sicurezza della batteria allo stesso tempo. Limite superiore della tensione di carica ideale di 3,6 V.
Dovrebbe esserci anche un limite di bassa tensione per la scarica della batteria al litio. Quando la tensione della cella è inferiore a 2V, parte del materiale inizia a essere distrutto. E poiché la batteria si scarica automaticamente, più a lungo la batteria non viene caricata, la tensione della batteria sarà inferiore. quindi, è meglio non scaricare il volt della cella a 2V. La capacità di scarica della batteria al litio da 3,0 V a 2,8 V è solo circa il 3% della capacità della batteria. Pertanto, 3,0 V è una tensione di interruzione della scarica ideale.
Nel processo di carica e scarica, è necessario anche il limite di corrente. Quando la corrente è troppo grande, gli ioni di litio sono troppo tardi per entrare nello spazio di archiviazione e si raccolgono sulla superficie del materiale. Questi ioni di litio ottengono elettroni, producendo cristallizzazione atomica di litio sulla superficie del materiale, come con il sovraccarico, causando pericolosi. Nel caso in cui il guscio della batteria si rompa, esplode.
Pertanto, la protezione della batteria agli ioni di litio include almeno tre aspetti: limite di tensione di carica, limite di tensione di scarica e limite di corrente. Generalmente, nel pacco batteria al litio, oltre alla cella al litio, ci sarà un sistema di gestione della batteria（ BMS）, il BMS è principalmente un dispositivo per fornire queste tre protezioni. Tuttavia, il sistema di gestione della batteria non è ovviamente sufficiente, abbiamo visto che le esplosioni di batterie al litio si verificano in tutto il mondo. Per garantire la sicurezza del sistema di batterie, di seguito viene eseguita un'analisi più attenta della causa dell'esplosione della batteria:
Motivi dell'esplosione della batteria:
1: Polarizzazione interna della cella più grande!
2: La piastra polare assorbe l'acqua e reagisce con l'elettrolita.
3: I problemi di qualità e prestazioni dell'elettrolita stesso.
4: La quantità di iniezione di liquido non soddisfa i requisiti di processo.
5: Scarse prestazioni di tenuta della saldatura laser durante il processo di assemblaggio, perdite d'aria e misurazione delle perdite.
6: Polvere, polvere polare è prima facile da portare a micro cortocircuiti, il motivo specifico è sconosciuto.
7: Il foglio dell'elettrodo positivo e negativo è più spesso dell'intervallo di processo ed è difficile entrare nel guscio.
8: Il problema della tenuta dell'iniezione e le scarse prestazioni di tenuta delle perle di acciaio portano al fusto del gas.
9: Il materiale del guscio è una parete spessa del guscio e la deformazione del guscio influisce sullo spessore.
Analisi
Le ragioni dell'esplosione della batteria al litio possono essere riassunte comecortocircuito esterno, icortocircuito interno,esovraccarico. L'esterno qui si riferisce all'esterno della cella, compreso il cortocircuito causato dal design scadente dell'isolamento del pacco batteria.
Quando si verifica un cortocircuito all'esterno, la batteria e i dispositivi elettronici non riescono a interrompere il circuito, si verificherà un calore elevato all'interno della cella, causando la vaporizzazione di alcuni elettroliti e mantenendo grande il guscio della batteria. Quando la temperatura interna della batteria è alta fino a 135 gradi Celsius, la carta del diaframma di qualità chiuderà il foro sottile, la reazione elettrochimica termina o quasi termina, la corrente diminuisce bruscamente e la temperatura scende lentamente, evitando così l'esplosione. Tuttavia, la velocità di chiusura del foro fine è troppo scarsa, o la carta del diaframma che non si chiude affatto, farà aumentare la temperatura della batteria, vaporizzerà più elettrolita e infine romperà il guscio della batteria e aumenterà persino la temperatura della batteria per rendere il materiale brucia ed esplode.
Il cortocircuito interno è causato principalmente dalla sbavatura del foglio di rame e del foglio di alluminio o dalla cristallizzazione curva degli atomi di litio. Questi minuscoli metalli aghiformi possono causare un micro cortocircuito. Poiché l'ago è molto sottile con una certa resistenza, la corrente non sarà molto grande. Bave di rame e fogli di alluminio sono causate nel processo di produzione, il fenomeno osservato è che la perdita della batteria è troppo veloce, la maggior parte può essere schermata dalla fabbrica principale o dall'impianto di assemblaggio. Inoltre, le minuscole sbavature sono piccole, a volte bruciate, riportando la batteria alla normalità. Pertanto, la probabilità di esplosione causata da micro cortocircuiti di bave non è elevata.
tutta la fabbrica di celle agli ioni di litio troverà alcune batterie di cattiva qualità che andranno a basso voltaggio dopo essere state caricate a breve, ma poche esplosioni, riferite a dati statistici. Pertanto, l'esplosione causata dal cortocircuito interno è principalmente causata dal sovraccarico. Poiché la piastra del polo sovraccaricata è piena di cristallizzazione del metallo al litio dell'ago, i punti di perforazione sono ovunque, il che causerà micro cortocircuiti. Pertanto, la temperatura della batteria aumenterà gradualmente e infine l'alta temperatura causerà gas elettrolitico. Nel processo, se l'alta temperatura fa esplodere la combustione del materiale, o se il guscio è stato rotto per primo, farà entrare l'aria e l'ossidazione feroce del metallo di litio, che porterà all'esplosione.
Ma l'esplosione causata da un corto circuito interno non si è verificata al momento della carica. È perché la temperatura della batteria non è troppo alta per far bruciare il materiale o il gas prodotto non è sufficiente per rompere il guscio della batteria, l'utente interrompe la ricarica. In questo momento, il calore generato da molti micro cortocircuiti ha aumentato lentamente la temperatura della batteria, dopo un periodo di tempo si è verificata l'esplosione.
Sulla base dei suddetti tipi di esplosione,Torphanil team tecnico si concentra sulla protezione dal sovraccarico, sulla prevenzione dei cortocircuiti esterni e sul miglioramento della sicurezza della cella in caso di esplosione. Tra questi, la protezione da sovraccarico e la prevenzione dei cortocircuiti esterni appartengono alla protezione elettronica, che è fortemente correlata alla progettazione del sistema di batterie e all'installazione del pacco batteria. L'obiettivo del miglioramento della sicurezza delle celle è la protezione chimica e meccanica, che è fortemente correlata ai produttori di celle della batteria.
Specifiche di progetto
Il sistema di gestione della batteria Torphan può fornire due protezioni di sicurezza rispettivamente per sovraccarico, sovrascarica e sovracorrente, inclusi il caricabatterie e il pacco batteria. Il caricabatterie Torphan trasforma la corrente alternata in corrente continua e limita la corrente massima e la tensione massima di corrente continua. La protezione del pacco batteria contiene due parti --- il sistema di gestione della batteria e la cella della batteria. Per la prima protezione, il sistema di gestione della batteria può comunicare con il caricabatterie, invierà segnalazioni come la limitazione del flusso e l'interruzione dei segnali di carica al caricabatterie, secondo alle informazioni raccolte sulla batteria. Quando il caricabatterie riceve il segnale, il caricabatterie ridurrà automaticamente la corrente di carica o interromperà la ricarica. Quando il caricabatterie non riesce a comunicare con il sistema di gestione della batteria, il sistema di gestione della batteria disconnette il relè all'interno del pacco batteria e interrompe l'intero circuito di carica, che è la seconda protezione. Ciò significa che anche se un circuito si guasta, la batteria non essere sovraccaricato e pericoloso.
In breve, durante la progettazione del sistema di batterie, la protezione elettronica è la prima protezione per sovraccarico, sovraccarico e sovracorrente. Il sistema di gestione della batteria è la seconda protezione.
Sebbene i metodi di cui sopra forniscano due protezioni, a volte i consumatori acquistano spesso un caricabatterie non originale per caricare le batterie quando il caricabatterie è rotto, in modo che possano acquistare un caricabatterie di bassa qualità o un caricabatterie che non può comunicare con la gestione della batteria. Questo porterà alla perdita della prima protezione. Il sovraccarico è il fattore più importante nell'esplosione della batteria, quindi i caricabatterie inferiori possono essere definiti i colpevoli dell'esplosione della batteria.
Ultima linea di difesa
Se la protezione elettronica fallisce, l'ultima linea di difesa, sarà fornita dal cellulare. Il livello di sicurezza della cella può essere leggermente differenziato a seconda che la cella possa essere separata da cortocircuito esterno e sovraccarico. Perché, prima che la batteria esploda, gli atomi di litio si accumulano all'interno sulla superficie del materiale. Inoltre, la protezione dal sovraccarico è spesso dovuta al fatto che i consumatori utilizzano un caricabatterie inferiore e hanno solo una linea di difesa, pertanto la resistenza al sovraccarico della cella è più importante della capacità di resistere al cortocircuito esterno.
