¿Por qué se funden las baterías de litio?

I. características de la batería de iones de litio

El litio es el metal más pequeño y activo de la tabla periódica. Densidad de capacidad tan alta de volumen pequeño, ampliamente bienvenida por consumidores e ingenieros. Pero demasiada actividad química puede ser peligrosa. Cuando se expone al aire, el litio puede explotar en una violenta reacción de oxidación con el oxígeno. Para mejorar la seguridad y el voltaje, los científicos han desarrollado materiales como el grafito y el óxido de litio y cobalto para almacenar átomos de litio. La estructura molecular de estos materiales forma pequeñas celdas de almacenamiento de tamaño nanométrico que se pueden usar para almacenar átomos de litio. De esa manera, incluso si la carcasa de la batería se rompe y entra oxígeno, las moléculas son demasiado grandes para caber en las celdas diminutas, lo que evita que los átomos de litio entren en contacto con el oxígeno y exploten.

El principio de la batería de iones de litio permite a las personas obtener su alta densidad de capacidad y lograr el propósito de seguridad al mismo tiempo. Cuando se carga una batería de iones de litio, los átomos de litio cargados positivamente pierden electrones y se oxidan a iones de litio. Los iones de litio nadan a través del electrolito hasta el electrodo negativo, donde ingresan a una celda, donde obtienen un electrón y se reducen a átomos de litio. Descarga, todo el proceso invertido. Con el fin de evitar que la batería toque y cortocircuite directamente el positivo y negativo, la batería se agregará con una serie de agujeros delgados de papel de diafragma, para evitar cortocircuitos. Un buen papel de diafragma también puede estar en la temperatura de la batería es demasiado alta, cierre automáticamente el orificio, deje que el ión de litio no pueda pasar, para desperdiciar el arte marcial, para evitar el peligro.

Medidas de protección: las celdas de la batería de litio se sobrecargan a un voltaje superior a 4.2v, comenzarán a producir efectos secundarios. Cuanto mayor sea el voltaje de sobrecarga, mayor será el riesgo. Cuando el voltaje de la batería es superior a 4,2 V, la cantidad de átomos de litio que quedan en el material del ánodo es menos de la mitad y la celda a menudo colapsa, lo que provoca una caída permanente de la capacidad de la batería. Si continúa cargando, debido a que la celda del ánodo ya está llena de átomos de litio, los metales de litio posteriores se acumularán en la superficie del ánodo. Estos átomos de litio crecen cristales dendríticos desde la superficie negativa en la dirección de los iones de litio. Estos cristales de metal de litio pasarán a través del papel del diafragma, provocando un cortocircuito en los polos positivo y negativo. A veces, la batería explotará antes de que ocurra el cortocircuito. Esto se debe a que en el proceso de sobrecarga, el electrolito y otros materiales se agrietarán y producirán gas, haciendo que la carcasa de la batería o la válvula de presión se abulten y agrieten, dejando que el oxígeno entre y reaccione con los átomos de litio acumulados en la superficie del electrodo negativo. y luego explotar.

Por lo tanto, al cargar una batería de litio, se debe establecer el límite superior del voltaje, de modo que la vida útil, la capacidad y la seguridad de la batería se puedan considerar al mismo tiempo. El límite superior óptimo de voltaje de carga es 4.2v. Cuando la descarga de la celda de litio también debe tener el límite inferior de voltaje. Cuando el voltaje de la celda es inferior a 2,4 V, parte del material comienza a descomponerse. Dado que la batería se descargará sola, cuanto más larga sea la descarga, menor será el voltaje. Por tanto, es mejor no poner 2,4v para detener la descarga. Entre 3.0v y 2.4v, las baterías de litio liberan solo alrededor del 3% de su capacidad. Por lo tanto, 3.0v es un voltaje de corte ideal para la descarga. Además de la limitación de voltaje, también es necesaria una limitación de corriente durante la carga y descarga. Cuando la corriente es demasiado alta, los iones de litio pueden acumularse en la superficie del material antes de que tengan tiempo de ingresar a la celda. Cuando estos iones obtienen electrones, crean cristales de átomos de litio en la superficie del material que, como la sobrecarga, pueden ser peligrosos. En caso de que la caja de la batería se rompa, explotará.

Por lo tanto, la protección de las baterías de iones de litio debe incluir al menos tres elementos: límite superior de voltaje de carga, límite inferior de voltaje de descarga y límite superior de corriente. En general, el paquete de baterías de litio, además del núcleo de la batería de litio, habrá una placa protectora, esta placa protectora es principalmente para proporcionar estas tres protecciones. Sin embargo, la protección de las tres placas de protección obviamente no es suficiente, la explosión de la batería de litio sigue siendo frecuente en todo el mundo.

Para garantizar la seguridad del sistema de batería, la causa de la explosión de la batería debe analizarse más detenidamente.

Ii. Causa de la explosión de la batería

1. Gran polarización interna;

2. La lámina del electrodo absorbe agua y reacciona con el electrolito para formar un tambor de gas;

3. La calidad y el rendimiento del electrolito en sí;

4. Durante la infusión, el volumen de infusión no cumple con los requisitos del proceso;

5. Rendimiento de sellado deficiente de la soldadura láser en el proceso de instalación y preparación, fugas de aire.

6. Polvo, el polvo extremadamente delgado es fácil de causar micro-cortocircuitos al principio, se desconoce la razón específica;

7. Las placas de ánodo y cátodo son más gruesas que el rango del proceso, lo que dificulta la entrada a la carcasa;

8. El problema de sellado de la inyección de líquido y el pobre rendimiento de sellado de la bola de acero conducen al tambor de gas;

9. El material entrante de la cáscara es grueso y la deformación de la cáscara afecta el grosor;

Iii. Análisis del tipo de explosión

El tipo de explosión de la celda se puede clasificar como cortocircuito externo, cortocircuito interno y sobrecarga.

La parte exterior se refiere a la parte exterior de la celda, incluido el cortocircuito causado por un diseño de aislamiento deficiente dentro del paquete de baterías. Cuando ocurre un cortocircuito fuera de la celda y los componentes electrónicos no cortan el circuito, se generará mucho calor dentro de la celda, lo que hará que parte del electrolito se vaporice y estire la carcasa de la batería. Cuando la temperatura interna de la batería es de hasta 135 grados Celsius, el papel de diafragma de buena calidad cerrará el poro, la reacción electroquímica terminará o casi terminará, la corriente caerá bruscamente y la temperatura también bajará lentamente, por lo tanto evitando explosión. Sin embargo, un cierre deficiente de los poros o un papel de diafragma sin ningún cierre de poros harán que la temperatura de la batería continúe aumentando, lo que hará que se vaporice más electrolito, lo que eventualmente hará explotar la carcasa de la batería e incluso elevará la temperatura de la batería lo suficiente como para hacer que el material se queme. y explotar.

El cortocircuito interno es causado principalmente por las rebabas de la hoja de cobre y la hoja de aluminio que perforan el diafragma, o el cristal dendrítico de átomos de litio que perfora el diafragma. Estos metales finos con forma de aguja pueden causar un microcortocircuito. Debido a que la aguja es muy delgada y tiene un cierto valor de resistencia, la corriente no es necesariamente muy grande. Las rebabas de cobre y papel de aluminio se producen en el proceso de producción, y el fenómeno observable es que la fuga de la batería es demasiado rápida, la mayoría de las cuales pueden ser detectadas por la fábrica de celdas o la fábrica de ensamblaje. Y debido a que las rebabas son pequeñas, a veces pueden quemarse, lo que permite que la batería vuelva a la normalidad. Por lo tanto, la probabilidad de explosión debido a un cortocircuito de las rebabas no es alta. Tal declaración puede ser de la fábrica de celdas en el interior a menudo se están cargando pronto, el voltaje es bajo en la batería defectuosa, pero hay pocas explosiones, soporte estadístico. Por lo tanto, la explosión causada por un cortocircuito interno se debe principalmente a una sobrecarga. Porque, después de la sobrecarga, tienes cristales aciculares de litio por toda la placa, puntos de pinchazos por todos lados, micro-cortos por todos lados. Como resultado, la temperatura de la batería aumentará gradualmente y, finalmente, la temperatura alta liberará el gas electrolito. En este caso, si la temperatura es demasiado alta para hacer que el material se queme y explote, o si la carcasa se rompe primero, de modo que el aire entra y el metal de litio se oxida violentamente, es el final de la explosión.

Sin embargo, la explosión causada por un cortocircuito interno causado por la sobrecarga no ocurre necesariamente en el momento de la carga. Es posible que los consumidores dejen de cargar sus teléfonos y los saquen antes de que la batería esté lo suficientemente caliente como para quemar el material y producir suficiente gas como para reventar la carcasa de la batería. En este momento, el calor generado por numerosos microcortocircuitos aumentará lentamente la temperatura de la batería y, después de un período de tiempo, se producirá la explosión. La descripción común de los consumidores es que levantan el teléfono y lo encuentran caliente, lo tiran y explota.

Basándonos en los tipos de explosión anteriores, podemos centrarnos en la prevención de sobrecargas, la prevención de cortocircuitos externos y mejorar la seguridad de la celda. Entre ellos, la prevención de sobrecargas y la prevención de cortocircuitos externos pertenecen a la protección electrónica, que está estrechamente relacionada con el diseño del sistema de batería y la instalación de la batería. El énfasis de la mejora de la seguridad de las células es la protección química y mecánica, que está estrechamente relacionada con los fabricantes de células.

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