Lithium-ion batterij eigenschappen
Lithium is het kleinste en meest levendige metaal op de chemische cyclustafel. Klein volume en zo hoge volumedichtheid, het is alom populair bij consumenten en ingenieurs. Maar de chemische eigenschappen zijn te levendig, het brengt een extreem hoog risico met zich mee. Lithiummetaal bij blootstelling aan lucht, met zuurstof produceert intense oxidatie en explosie. Om de veiligheid en spanning te verbeteren, hebben wetenschappers materialen zoals grafiet en lithiumcobaltaat uitgevonden om lithiumatomen op te slaan. De moleculaire structuur van deze materialen vormt een klein opslagrooster dat kan worden gebruikt om lithiumatomen op te slaan. Op deze manier, zelfs als de batterijschaal breekt en zuurstof binnenkomt, is zuurstof te groot voor zuurstofmoleculen om deze kleine opslagcellen binnen te komen, zodat lithiumatomen niet in contact komen met zuurstof en explosies voorkomen. Dit principe van lithium-ionbatterijen stelt mensen in staat om veiligheidsdoeleinden te bereiken terwijl ze de hoge capaciteitsdichtheid bereiken.
Wanneer de lithium-ionbatterij wordt opgeladen, verliezen de positieve lithiumatomen hun elektronen en oxideren ze tot lithiumionen. Lithiumionen zwemmen naar de negatieve elektrode door het elektrolyt, komen in het opslagrooster van de negatieve elektrode en verkrijgen een elektron, gereduceerd tot lithiumatomen. Bij ontslag staat de hele procedure op zijn kop. Om kortsluiting tussen de positieve en negatieve polen te voorkomen, een membraanpapier met veel dunne gaten om kortsluiting te voorkomen. Goed membraanpapier kan ook automatisch het fijne gat sluiten wanneer de batterijtemperatuur te hoog is, zodat lithiumionen niet kunnen oversteken, om de vechtsporten te verspillen, om gevaar te voorkomen.
Beschermende maatregelen
Lithiumbatterijcellen kunnen bijwerkingen beginnen te hebben na overladen tot een spanning boven 3,7 V. hoe hoger de overbelastingsspanning, hoe hoger het risico is. Nadat de lithiumspanning hoger is dan 3,7 V, is het aantal lithiumatomen in het kathodemateriaal minder dan de helft van het kathodemateriaal, wanneer het opslagrooster vaak instort, waardoor de batterijcapaciteit permanent afneemt. Als het opladen doorgaat, zal het daaropvolgende lithiummetaal zich ophopen op het oppervlak van het negatieve materiaal omdat het negatieve opslagrooster al is gevuld met lithiumatomen. Deze lithiumatomen groeien takkristallisatie van het negatieve oppervlak naar de richting van lithiumionen. Deze lithiummetaalkristallen gaan door het membraanpapier om de positieve en negatieve polen kort te maken. Soms explodeert de batterij vóór de kortsluiting, omdat in het overlaadproces elektrolyt en andere materialen het gas breken, waardoor de batterijschaal of drukklepwoll breekt, waardoor zuurstof kan reageren met lithiumatomen die zich op het negatieve oppervlak hebben opgehoopt en vervolgens exploderen. Daarom moeten we bij het opladen van lithiumbatterijen de spanningslimiet instellen om tegelijkertijd rekening te houden met de levensduur, capaciteit en veiligheid van de batterij. Ideale bovengrens laadspanning van 3,6 V.
Er moet ook een lage spanningslimiet zijn voor de ontlading van de lithiumbatterij. Wanneer de celspanning minder dan 2V is, begint een deel van het materiaal te worden vernietigd. En omdat de batterij zichzelf ontlaadt, hoe langer de batterij niet is opgeladen, de batterijspanning lager zal zijn. daarom is het het beste om de celvolt niet tot 2V te ontladen. De ontladingscapaciteit van lithiumbatterijen van 3,0V tot 2,8 V is slechts ongeveer 3% van de batterijcapaciteit. 3.0V is dus een ideale ontladingsspanning.
Bij laad- en ontladingsproces is ook de huidige limiet nodig. Wanneer de stroom te groot is, zijn de lithiumionen te laat om de opslagruimte binnen te komen en verzamelen ze zich op het oppervlak van het materiaal. Deze lithiumionen verkrijgen elektronen, die lithium atoomkristallisatie op het oppervlak van het materiaal produceren, zoals bij overladen, wat gevaarlijk is. In het geval dat de batterijschaal kapot gaat, explodeert deze.
Daarom omvat de bescherming van lithium-ionbatterij ten minste drie aspecten: laadspanningslimiet, ontlaadspanningslimiet en stroomlimiet. Over het algemeen zal er in het lithiumbatterijpakket, naast de lithiumcel, een Battery Management System (BMS) zijn, de BMS is voornamelijk een apparaat om deze drie bescherming te bieden. Echter, de batterij management systeem is duidelijk niet genoeg, We hebben gezien dat lithium batterij explosies beledigen gebeurt over de hele wereld. Om de veiligheid van het batterijsysteem te garanderen, is er hieronder een zorgvuldigere analyse van de oorzaak van de batterijexplosie:
De explosieredenen van de batterij:
1: groter Cel interne polarisatie!
2: De polaire plaat absorbeert water en reageert met het elektrolyt.
3: De kwaliteit- en prestatieproblemen van het elektrolyt zelf.
4: De hoeveelheid vloeibare injectie voldoet niet aan de procesvereisten.
5: Slechte afdichtingsprestaties van laserlassen tijdens het assemblageproces, luchtlekkage en lekkagemeting.
6: Stof, polair stof is eerst gemakkelijk te leiden tot micro kortsluiting, de specifieke reden is onbekend.
7: De positieve en negatieve elektrodeplaat is dikker dan het procesbereik en het is moeilijk om de schaal binnen te komen.
8: Het probleem van de injectie het verzegelen, en de slechte verzegelingsprestaties van staalparels leiden tot gastrommel.
9: Het shellmateriaal is dikke shell muur, en de shellvervorming beïnvloedt de dikte.
analyse
De redenen van de explosie van lithiumbatterijen kunnen worden samengevat alsexterne kortsluitingIknternale kortsluiting,enOvervragen. De buitenkant verwijst hier naar de buitenkant van de cel, inclusief de kortsluiting veroorzaakt door het slechte isolatieontwerp van het batterijpakket.
Wanneer een kortsluiting buiten optreedt, de batterij en de elektronische apparaten het circuit niet kunnen afsluiten, zal er hoge hitte optreden in de cel, waardoor sommige elektrolyten worden verdampt en de batterijschaal groot wordt gehouden. Wanneer de interne temperatuur van de batterij hoog is tot 135 graden Celsius, zal het kwaliteitsmembraanpapier het fijne gat sluiten, de elektrochemische reactie eindigt of bijna eindigt, de stroom daalt scherp en de temperatuur daalt langzaam, waardoor de explosie wordt vermeden. De sluitsnelheid van het fijne gat is echter te slecht, of het membraanpapier dat helemaal niet sluit, zorgt ervoor dat de batterijtemperatuur blijft stijgen, meer elektrolyt verdampt en uiteindelijk de batterijschaal breekt en zelfs de batterijtemperatuur verhoogt om het materiaal te laten branden en exploderen.
De interne kortsluiting wordt voornamelijk veroorzaakt door de braam van koperfolie en aluminiumfolie of de bochtachtige kristallisatie van lithiumatomen. Deze kleine naaldachtige metalen kunnen een micro kortsluiting veroorzaken. Omdat de naald zeer fijn is met een bepaalde weerstand, zal de stroom niet erg groot zijn. Koperen en aluminiumfolie bramen worden veroorzaakt in het productieproces, het waargenomen fenomeen is dat de batterijlekkage te snel is, de meeste kunnen worden gescreend door de kernfabriek of assemblagefabriek. Ook zijn de kleine bramen klein, soms verbrand, waardoor de batterij weer normaal wordt. Daarom is de kans op explosie veroorzaakt door braam micro kortsluiting niet hoog.
alle lithium-ioncel fabriek zal vinden een aantal slechte kwaliteit batterijen die zal gaan lage volt na opgeladen kort, maar weinig explosies, verwezen naar statistische gegevens. Daarom wordt de explosie veroorzaakt door de interne kortsluiting voornamelijk veroorzaakt door overladen. Omdat de overladen paalplaat vol zit met kristallisatie van naald lithiummetaal, zijn punctiepunten overal, wat micro kortsluiting zal veroorzaken. Daarom zal de batterijtemperatuur geleidelijk stijgen en ten slotte zal de hoge temperatuur elektrolytgas veroorzaken. In het proces, of de hoge temperatuur maakt het materiaal verbranding explosie, of de schaal werd eerst gebroken, Het zal de lucht binnen te laten en het lithium metaal felle oxidatie, dat zal leiden tot explosie.
Maar de explosie veroorzaakt door een interne kortsluiting vond niet plaats op het moment van opladen. Het is omdat de batterijtemperatuur niet te hoog is om het materiaal te laten branden of het geproduceerde gas niet genoeg is om de batterijschaal te breken, stopt de gebruiker met opladen. Op dit moment verhoogde de warmte die door veel micros korte circuits werd gegenereerd langzaam de batterijtemperatuur, na een tijdje vond de explosie plaats.
Op basis van de bovenstaande soorten explosies,Torphantechnisch team richt zich op de bescherming van overladen, externe kortsluiting preventie, en het verbeteren van de veiligheid van de cel om explosie te proventen . Onder hen behoren overlaadbeveiliging en externe kortsluitingspreventie tot elektronische bescherming, die sterk verband houdt met het ontwerp van het batterijsysteem en de installatie van het batterijpakket. De focus van de celveiligheidsverbetering is chemische en mechanische bescherming, die sterk gerelateerd is aan de fabrikanten van batterijcellen.
Ontwerpspecificatie
Torphan batterijbeheersysteem kan twee veiligheidsbescherming bieden voor respectievelijk overladen, overdischargen en overstroom, inclusief de lader en het batterijpakket. De Torphan-lader zet AC in DC en beperkt de maximale stroom en maximale spanning van DC. De bescherming van het batterijpakket bevat twee delen --- het batterijbeheersysteem en de batterijcel. Voor de eerste bescherming, kan het batterijbeheersysteem met de lader communiceren, zal het prijzen zoals stroombeperking en het tegenhouden van het laden signalen aan de lader, volgens de verzamelde batterijinformatie verzenden. Wanneer de lader het signaal ontvangt, zal de lader automatisch de laadstroom verminderen of stoppen met opladen. Wanneer de lader niet kan commnunicate met batterijbeheersysteem, zal het systeem van het batterijbeheersysteem het relais binnen de batterijgroep loskoppelen en het gehele het laden kring, dat de tweede bescherming is afgesneden. Dit betekent dat zelfs als een circuit uitvalt, de batterij niet te veel wordt opgeladen en gevaarlijk is.
Kortom, tijdens het ontwerp van het batterijsysteem is elektronische bescherming de eerste bescherming voor overladen, overdischargen en overstroom. Het batterijbeheersysteem is de tweede bescherming.
Hoewel de bovenstaande methoden twee bescherming bieden, kopen de consumenten soms een niet-originele oplader om de batterijen op te laden wanneer de lader kapot is, zodat ze een oplader van lage kwaliteit of een oplader kunnen kopen die niet kan communiceren met batterijbeheer . Dit zal leiden tot de eerste bescherming verloren. Overladen is de belangrijkste factor in de batterijexplosie, dus inferieure laders kunnen de boosdoener van de batterijexplosie worden genoemd.
Laatste verdedigingslinie
Als de elektronische bescherming faalt, wordt de laatste verdedigingslinie geleverd door de cel. Het veiligheidsniveau van de cel kan enigszins worden gedifferentieerd op basis van de vraag of de cel kan worden gescheiden door externe kortsluiting en overlading. Want voordat de batterij explodeert, hopen de lithiumatomen zich op aan de binnenkant op het oppervlak van het materiaal. Bovendien is de bescherming van overladen vaak omdat consumenten een inferieure oplader gebruiken en slechts één verdedigingslinie hebben, daarom is de celoverlaadweerstand belangrijker dan het vermogen om de externe kortsluiting te weerstaan.
