Peligro oculto de seguridad y diseño de seguridad de la batería de iones de litio

baterías de iones de litio: peligros para la seguridad:

La seguridad de las baterías de iones de litio no solo está relacionada con las propiedades del material de la piscina, sino también con la tecnología de preparación y uso de la batería. La frecuente explosión de las baterías de los teléfonos móviles se debe a la falla del circuito de protección, pero lo que es más importante, no existe una solución fundamental al problema en términos de materiales.

El material activo de cátodo positivo de ácido de litio y cobalto es un sistema muy maduro en términos de núcleos pequeños, pero después de estar completamente cargado, todavía quedan una gran cantidad de iones de litio en el polo positivo. Cuando se sobrecargan, los iones de litio que quedan en el polo positivo se agruparán en el polo negativo. La formación de dendritas en el electrodo negativo es un resultado inevitable de la sobrecarga de las baterías que utilizan materiales de ácido de cobalto y litio. Incluso durante el proceso normal de carga y descarga, puede haber un exceso de iones de litio libres en el electrodo negativo para formar dendritas. La energía teórica del material de ácido de cobalto de litio es más de 270 mA por gramo, pero para garantizar su rendimiento de reciclaje, la capacidad real de uso es solo la mitad de la capacidad teórica. Durante el uso, debido a alguna razón (como daños en el sistema de gestión), el voltaje de carga de la batería es demasiado alto y la parte restante del litio en el electrodo positivo se eliminará y se depositará como litio metálico a través del electrolito al negativo. superficie del electrodo para formar dendritas. El dendrítico perfora el diafragma, formando un cortocircuito interno.

El componente principal del electrolito es el carbonato. El punto de inflamación es muy bajo y el punto de ebullición también es bajo. Arderá o incluso explotará bajo ciertas condiciones. Si la batería se sobrecalienta, hará que el carbonato del electrolito se oxide y se reduzca, lo que producirá una gran cantidad de gas y más calor. Por ejemplo, si falta la válvula de seguridad o el gas es demasiado tarde para salir a través de la válvula de seguridad, la presión interna de la batería aumentará bruscamente y provocará una explosión.

Las baterías de iones de litio de electrolito de polímero no resuelven fundamentalmente el problema de seguridad. También se utilizan ácido de litio cobalto y electrolitos orgánicos, y los electrolitos son coloidales y no son propensos a fugas. Ocurrirá una combustión más violenta. La combustión es la seguridad de las baterías de polímero. El gran problema.

También hay algunos problemas de uso. Un cortocircuito externo o un cortocircuito interno de la batería generarán cientos de amperios de corriente excesiva. Cuando la batería está en cortocircuito, la batería descarga instantáneamente una gran cantidad de corriente, lo que consume mucha energía y produce mucho calor. El cortocircuito interno forma una gran corriente y la temperatura aumenta, lo que hace que el diafragma se derrita y el área del cortocircuito se expanda, formando así un círculo vicioso.

Para lograr un alto voltaje de funcionamiento de 3 a 4,2 V de un solo núcleo, una batería de iones de litio debe adoptar un electrolito orgánico con un voltaje de descomposición superior a 2 V, y un electrolito orgánico se electrolizará bajo alta corriente y alta temperatura. condiciones para electrolizar para producir gas. Hace que la presión interna aumente y romperá seriamente el caparazón.

La sobrecarga puede precipitar el litio metálico. En el caso de ruptura de la carcasa, el contacto directo con el aire conduce a la combustión, mientras se enciende el electrolito, se produce una llama fuerte y el gas se expande rápidamente y explota.

Además, para las baterías de iones de litio de los teléfonos móviles, debido a un uso inadecuado, como extrusión, impacto y entrada de agua, que provocan la expansión, deformación y agrietamiento de la batería, etc., esto provocará un cortocircuito en las baterías, durante la descarga o carga. proceso de explosión de calor.

Diseño de seguridad de la batería de iones de litio:

Las baterías de iones de litio tienen un mecanismo de protección triple en una sola batería de iones de litio para evitar la sobredescarga o sobrecarga de la batería debido a un uso inadecuado. Uno es el uso de componentes de conmutación. Cuando aumenta la temperatura en la batería, aumenta su resistencia. Cuando la temperatura es demasiado alta, la fuente de alimentación se detendrá automáticamente. El segundo es seleccionar un material de partición apropiado. Cuando la temperatura sube a un cierto valor, los microagujeros de micrones en la partición se disolverán automáticamente, por lo que los iones de litio no pueden pasar y la reacción interna de la batería se detendrá; El tercero es instalar una válvula de seguridad (es decir, el orificio de liberación de aire en la parte superior de la batería). Cuando la presión interna de la batería se eleva a un cierto valor, la válvula de seguridad se abre automáticamente para garantizar la seguridad de la batería.

A veces, aunque la batería en sí tiene medidas de control de seguridad, debido a ciertas razones, la falla del control, la falta de una válvula de seguridad o el gas no se puede liberar a través de la válvula de seguridad, la presión interna de la batería aumentará bruscamente y causará una explosión.

En circunstancias normales, la energía total almacenada en las baterías de iones de litio es inversamente proporcional a su seguridad. Con el aumento de la capacidad de la batería, el volumen de la batería también aumenta y su rendimiento de disipación de calor se deteriora, y la posibilidad de un accidente aumentará significativamente. Para las baterías de iones de litio para teléfonos móviles, el requisito básico es que la probabilidad de un accidente de seguridad sea inferior a una millonésima, que es el estándar más bajo que el público puede aceptar. Para las baterías de iones de litio de gran capacidad, especialmente las baterías de iones de litio de gran capacidad como las de los automóviles, es particularmente importante utilizar la disipación de calor forzada.

La elección de un material de electrodo más seguro y la selección de material de manganato de litio garantizan que el ión de litio del electrodo positivo esté completamente incrustado en el orificio de carbono del electrodo negativo en la estructura molecular, lo que fundamentalmente evita la generación de dendritas. Al mismo tiempo, la estructura estable del manganato de litio hace que su rendimiento de oxidación sea mucho más bajo que el del cobaltato de litio. La temperatura de descomposición supera los 100 ° C del cobaltato de litio. Incluso si hay un cortocircuito interno (acupuntura) debido a una fuerza externa, un cortocircuito externo, una sobrecarga, es totalmente capaz. Se evita el peligro de quemaduras y explosiones debido a la precipitación de litio metálico.

Además, el uso de materiales de ácido de manganeso y litio también puede reducir significativamente los costos.

Para mejorar el rendimiento de la tecnología de control de seguridad existente, es necesario mejorar el rendimiento de seguridad del núcleo de la batería de iones de litio, que es particularmente importante para las baterías de gran capacidad. Seleccione un diafragma con buen rendimiento de cierre térmico. La función del diafragma es separar los polos positivo y negativo de la batería al tiempo que permite el paso de iones de litio. Cuando la temperatura aumenta, se cierra antes de que el diafragma se derrita, de modo que la resistencia interna se eleva a 2000oumu y la reacción interna se detiene.

Cuando la presión o temperatura interna alcanza el estándar preestablecido, la válvula de explosión se abrirá y comenzará a descargar para evitar la acumulación de demasiado gas interno y la deformación, lo que eventualmente hará que la carcasa explote.

Sensibilidad de control mejorada, selección más sensible de parámetros de control y control conjunto con múltiples parámetros (esto es particularmente importante para baterías de gran capacidad). Para las baterías de iones de litio de gran capacidad, que se componen de varios núcleos en serie / paralelo, por ejemplo, el voltaje de una computadora portátil es superior a 10 V y la capacidad es grande. Generalmente, se pueden usar de 3 a 4 celdas individuales en serie para cumplir con los requisitos de voltaje. Luego, se conectan dos o tres baterías en serie en paralelo para garantizar una mayor capacidad.

La propia batería de gran capacidad debe estar equipada con una función de protección relativamente completa. También se deben considerar dos módulos de sustrato de circuito: el módulo PCB del marco de protección y el módulo SmartBatteryGaugeBoard. El diseño de protección de la batería de todo el conjunto incluye: IC de protección de nivel 1 (para evitar la sobrecarga de la batería, sobredescarga, cortocircuito), IC de protección de nivel 2 (para evitar una segunda sobrepresión), fusible, indicador LED, ajuste de temperatura y otros componentes.

Bajo el mecanismo de protección multinivel, incluso en el caso de cargadores de energía y computadoras portátiles anormales, la batería de la computadora portátil solo se puede cambiar al estado de protección automática. Si la situación no es grave, seguirá funcionando normalmente después de volver a enchufarlo. Ocurrirá una explosión.

En la actualidad, la tecnología subyacente que se usa para las baterías de iones de litio que se usan en computadoras portátiles y teléfonos móviles no es segura y debe considerar estructuras más seguras.

En resumen, el futuro de las baterías de iones de litio será más seguro con el avance de la tecnología de materiales y la comprensión cada vez mayor de los requisitos para el diseño, la fabricación, las pruebas y el uso de las baterías de iones de litio.

La página contiene el contenido de la traducción automática.