Describa brevemente las medidas de protección y las causas de explosión de las baterías de litio.

Las baterías de litio son el sistema de baterías de más rápido crecimiento en los últimos 20 años y ahora se utilizan ampliamente en productos electrónicos. La reciente explosión de teléfonos móviles y computadoras portátiles es esencialmente una explosión de batería. ¿Qué es la batería del teléfono móvil y la computadora portátil, cómo funciona, por qué hay una explosión y cómo evitar una explosión?

Cuando la celda de la batería de litio se sobrecarga a un voltaje superior a 4,2 V, comenzará a tener efectos secundarios. Cuanto mayor sea el voltaje de sobrecarga, mayor es el riesgo. Cuando el voltaje de la batería de litio es superior a 4,2 V, la cantidad de átomos de litio que quedan en el material del electrodo positivo es menos de la mitad. En este momento, la celda de almacenamiento a menudo colapsa, provocando una caída permanente en la capacidad de la batería. Si la carga continúa, dado que la celda del electrodo negativo ya está llena de átomos de litio, el metal de litio subsiguiente se acumulará en la superficie del material del electrodo negativo. Estos átomos de litio desarrollan dendritas desde la superficie del electrodo negativo hacia la dirección de los iones de litio. Estos cristales de metal de litio pasan a través del papel separador, provocando un cortocircuito entre los electrodos positivo y negativo. A veces, la batería explota antes de que ocurra el cortocircuito. Esto se debe a que durante el proceso de sobrecarga, el electrolito y otros materiales se agrietarán y generarán gas, lo que provocará que la carcasa de la batería o la válvula de presión se abulten y se rompan, permitiendo que el oxígeno entre y reaccione con los átomos de litio depositados en la superficie del electrodo negativo. luego explotó.

Por lo tanto, las baterías de litio, asegúrese de establecer el límite superior de voltaje, pueden simultáneamente con la vida útil, la capacidad y la seguridad de la batería. El voltaje de carga máximo ideal de 4.2 V. El voltaje de descarga de las baterías de litio será el límite inferior. Cuando el voltaje de la celda es inferior a 2,4 V, algunos materiales comenzarán a destruirse. Y debido a que la batería se autodescarga, cuanto más tiempo sea bajo el voltaje, por lo tanto, descargue cuando sea mejor no a 2.4 V.Descarga de la batería de litio de 3.0 V a 2.4 V durante este período, la liberación de energía representó solo aproximadamente 3% de la capacidad de la batería. Por lo tanto, es un voltaje de corte de descarga ideal de 3.0 V. La carga y descarga, además del límite de voltaje y los límites de corriente, también pueden ser necesarios. Cuando la corriente es demasiado grande, los iones de litio para ingresar a la tienda se acumulan en la superficie del material.

Cuando estos iones de litio adquieren electrones, se generan cristales de átomos de litio en la superficie del material, lo que es peligroso como sobrecarga. En el caso de que se rompa la caja de la batería, explotará. Por lo tanto, la protección de la batería de iones de litio debe incluir al menos tres factores: el límite superior del voltaje de carga, el límite inferior del voltaje de descarga y el límite superior de la corriente. En el paquete de baterías de litio general, además del núcleo de la batería de litio, habrá una placa protectora, que es principalmente para proporcionar estas tres protecciones. Sin embargo, estas tres protecciones de la placa de protección obviamente no son suficientes, y la explosión global de la batería de litio sigue siendo frecuente. Para garantizar la seguridad del sistema de batería, se debe realizar un análisis más cuidadoso de la causa de la explosión de la batería.

Razones de explosión:

1, la polarización interna es mayor;

2, absorción de agua, reacciona con el tambor de gas electrolítico;

3, calidad del electrolito en sí y problemas de rendimiento;

4, cuando la cantidad de líquido de inyección de líquido no puede cumplir con los requisitos técnicos;

5, el proceso de preparación del rendimiento de sellado de soldadura láser es deficiente, al medir la fuga de fugas;

6, el polvo, la hoja de polvo primero puede causar un micro cortocircuito;

7, es un proceso desde el alcance del cátodo grueso, duro en la carcasa;

8, problema de sellado del relleno, el rendimiento del sello de la bola de acero es malo para causar el tambor de gas;

9, el espesor de la pared de la carcasa existente entra, el efecto de deformación del espesor de la carcasa;

10, la temperatura exterior es la principal causa de la explosión.

El tipo de explosión

El tipo de núcleo de la batería de análisis de tipo de explosión se puede resumir como cortocircuito externo, cortocircuito interno y sobrecarga de 3 tipos. El externo se refiere a las baterías del externo, contiene un paquete de baterías y un diseño de aislamiento interno deficiente causado por un cortocircuito. Cuando las baterías externas en cortocircuito, los componentes electrónicos y no pudieron cortar el circuito, las baterías en el interior producirán calor, causaron parte de la vaporización del electrolito, el soporte de la carcasa de la batería. Cuando la temperatura interna de la batería es alta a 135 grados Celsius, el papel de buena calidad, el diafragma cerrará los poros, la terminación de la reacción electroquímica o el final cercano, la corriente, la temperatura desciende lentamente y luego evita que se produzca la explosión. Pero la tasa de cierre de los poros es pobre, o los poros no cierran el papel del diafragma, pueden permitir que la temperatura de la batería continúe aumentando, más vaporización del electrolito, finalmente la carcasa de la batería explote, e incluso aumentar la temperatura de la batería para hacer que el material se queme y explote. El cortocircuito interno es causado principalmente por las rebabas de la hoja de cobre y la hoja de aluminio que perforan el diafragma, o la dendrita de átomos de litio que perfora la película de rutenio.

Estos diminutos metales en forma de agujas pueden causar micro cortocircuitos. Dado que la aguja es muy delgada y tiene un cierto valor de resistencia, la corriente no es necesariamente grande. Las rebabas de cobre y papel de aluminio son causadas por el proceso de producción. El fenómeno observable es que la batería tiene fugas demasiado rápido y la mayoría de ellas pueden ser examinadas por la fábrica de baterías o la planta de ensamblaje. Y debido a que las rebabas son pequeñas, a veces se eliminan, lo que hace que la batería vuelva a la normalidad. Por lo tanto, la probabilidad de una explosión causada por un microcortocircuito de rebaba no es alta. De esta manera, es posible obtener una batería defectuosa con un voltaje bajo poco después de la carga en cada fábrica de baterías, pero hay pocos eventos de explosión y soporte estadístico. Por lo tanto, cortocircuito interno causado por la explosión, principalmente debido a la sobrecarga. Porque, después de que el llenado está en todas partes en la cristalización de metal de litio de la aguja de la pieza polar, el punto de perforación está en todas partes, en todas partes, en caso de un micro cortocircuito. Como resultado, la temperatura de la batería aumenta gradualmente y, finalmente, el gas electrolítico de alta temperatura. Este tipo de situación, ya sea que se quemen materiales a alta temperatura, o que se rompa el caparazón, el aire en el interior con óxido de litio es explosivo.

Sin embargo, tal explosión causada por un cortocircuito interno causado por una sobrecarga no ocurre necesariamente en el momento de la carga. Es posible que cuando la temperatura de la batería no sea lo suficientemente alta para que el material se queme y el gas generado no sea suficiente para romper la carcasa de la batería. El consumidor finaliza la carga y saca el teléfono móvil. En este momento, el calor generado por los numerosos micro cortocircuitos aumenta lentamente la temperatura de la batería y, después de un período de tiempo, se produce la explosión. La descripción común de los consumidores es que cuando se levanta el teléfono, se encuentra que está muy caliente y explotará después de tirarlo. En combinación con los tipos de explosiones anteriores, podemos centrarnos en la prevención de sobrecargas, la prevención de cortocircuitos externos y la seguridad de las celdas de la batería. Entre ellos, la prevención de sobrecargas y la prevención de cortocircuitos externos están la protección electrónica, que tiene una gran relación con el diseño del sistema de batería y el ensamblaje de la batería. El enfoque de la mejora de la seguridad de las baterías es la protección química y mecánica, que tiene una gran relación con las plantas de fabricación de baterías.

Problema oculto seguro

La seguridad de las baterías de iones de litio no solo está relacionada con la naturaleza del material de la celda en sí, sino también con la tecnología de preparación de la batería y su uso. Las baterías de los teléfonos móviles explotan con frecuencia, por un lado, debido 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 del cátodo de litio y ácido cobalto es un sistema muy maduro en baterías pequeñas, pero después de una carga completa, todavía hay muchos iones de litio en el ánodo, cuando se sobrecarga, se espera que los restos en el ánodo de iones de litio se acumulen en el ánodo. , se forma en la dendrita del cátodo está utilizando el corolario de sobrecarga de la batería de litio y ácido cobalto, incluso en el proceso normal de carga y descarga, también es probable que haya formación de dendrita de cátodo de iones de litio de repuesto, materiales de litio con ácido cobalto que la teoría de la energía es más de 270 MAH / g, pero para garantizar el rendimiento del ciclo, la capacidad de uso real solo es la mitad de la capacidad teórica. En el proceso de uso, por alguna razón, como el daño del sistema de gestión causado por el voltaje de la batería es demasiado alto, emergerá la parte restante del electrodo positivo de litio, el electrolito a la superficie del electrodo negativo en forma de formación de depósito de dendrita de litio metálico. Diafragma perforado con dendrita, forma el cortocircuito interno.

El componente principal del electrolito es el carbonato, que tiene un punto de inflamación y un punto de ebullición bajos. Arderá o incluso explotará bajo ciertas condiciones. Si la batería se sobrecalienta, hará que el carbonato del electrolito se oxide y se reduzca, generando una gran cantidad de gas y más calor. Si la válvula de seguridad o el gas no es suficiente para salir a través de la válvula de seguridad, la presión interna de la batería aumentará bruscamente y provocará una explosión.

El electrolito de polímero para baterías de iones de litio no ha resuelto fundamentalmente el problema de seguridad, también usa ácido de cobalto de litio y electrolito orgánico, y el electrolito como gel, no es fácil de filtrar, ocurrirá una combustión más violenta, la combustión es el mayor problema de seguridad para el polímero baterías.

También hay algunos problemas en el uso de aspectos, la batería en cortocircuito externo o en cortocircuito interno producirá cientos de amperios de gran corriente. Cortocircuito externo instantáneo de gran corriente descarga la batería, gasta mucha energía en la resistencia interna, produce una gran cantidad de calor. El cortocircuito interno de gran corriente y el aumento de la temperatura de fusión conduce al diafragma, el área de cortocircuito se está expandiendo y forma un círculo vicioso.

baterías de iones de litio para lograr baterías individuales de solo 3 ~ 4,2 V de alto voltaje de funcionamiento, se debe tomar para descomponer el voltaje del electrolito orgánico es mayor a 2 V, y usar electrolito orgánico bajo la condición de alta corriente, alta temperatura será electrólisis, electrolítico producir gas , resultarán en una presión interna más alta, seria romperá la cáscara.

La sobrecarga de litio puede precipitar en caso de explosión de la carcasa, contacto directo con el aire y provocar combustión, electrolito de ignición al mismo tiempo, fuego fuerte, expansión rápida del gas, explosión.

Las baterías de iones de litio para teléfonos móviles y, además, debido a un uso inadecuado, como la extrusión, la entrada de impactos provocan la expansión de la celda, la deformación y el agrietamiento, etc., esto podría provocar un cortocircuito en las baterías, una explosión causada por el calentamiento en la descarga o proceso de carga.

La seguridad de la batería de litio:

Para evitar la sobrecarga o sobrecarga de la batería debido a un uso inadecuado, se proporciona un mecanismo de protección triple en la batería de iones de litio de celda única. Primero, se utiliza el elemento de conmutación. Cuando aumenta la temperatura dentro de la batería, aumenta su valor de resistencia. Cuando la temperatura es demasiado alta, la fuente de alimentación se detendrá automáticamente. En segundo lugar, se selecciona el material separador apropiado. Cuando la temperatura sube a un cierto valor, los microporos del tamaño de una micra en el separador se disolverán automáticamente, de modo que los iones de litio no pasarán y la reacción interna de la batería se detendrá. El tercero es configurar la válvula de seguridad (es decir, el orificio de ventilación en la parte superior de la batería), la presión interna de la batería aumenta a un cierto valor, la válvula se abre automáticamente, para garantizar la seguridad de la batería.

A veces, la batería en sí, aunque hay medidas de control de seguridad, pero por alguna razón causa falla de control, falta de válvula de alivio o gas a través de la válvula de alivio para liberar la batería, la presión interna aumentará bruscamente debido a la explosión. En general, la energía total del almacenamiento de la batería de iones de litio y su seguridad es inversamente proporcional a, con el aumento de la capacidad de la batería, el volumen de la batería está aumentando, su rendimiento térmico es deficiente. La posibilidad de accidente aumentará drásticamente. Con baterías de iones de litio para teléfonos móviles y la probabilidad de accidentes de seguridad son los requisitos básicos para menos de uno en un millón, esto también es el público social puede aceptar el estándar más bajo. Para la batería de iones de litio de gran capacidad, especialmente con baterías de iones de litio de gran capacidad como los automóviles, la refrigeración forzada es especialmente importante.

Material de electrodo más seguro, selección de materiales de litio con ácido manganeso, en términos de estructura molecular para garantizar el estado de carga completo, el ánodo de iones de litio se ha incrustado completamente en el orificio de carbono del cátodo, fundamentalmente evita la producción de dendrita. Estructura sólida de litio y ácido de manganeso al mismo tiempo, hace que su rendimiento sea mucho más bajo que el óxido de litio y ácido de cobalto, temperatura de descomposición superior a 100 ℃ , litio de ácido cobalto incluso debido a fuerza externa, cortocircuito interno (acupuntura), cortocircuito externo, sobrecarga , también puede evitar completamente el peligro de quemaduras y explosiones causado por la precipitación de litio metálico.

Además, los materiales de litio con ácido manganeso pueden reducir en gran medida el costo.

Para mejorar el rendimiento de la tecnología de control de seguridad existente, primero debemos mejorar el rendimiento de seguridad de las celdas de batería de iones de litio, que es especialmente importante para las baterías de gran capacidad. El diafragma elige un buen rendimiento de cierre en caliente, la función del diafragma es que la batería es negativa al mismo tiempo, se permitirá que pase el aislamiento 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 2000 ohmios. Dejemos que la respuesta interna lo detenga. Cuando la presión o temperatura interna alcanza los criterios preestablecidos, la válvula a prueba de explosión se abrirá y comenzará a descargar. Para evitar que la acumulación interna de gas sea excesiva, la deformación, eventualmente condujo a la explosión de la carcasa. Mejore la sensibilidad de control y la elección de parámetros de control más sensibles y controlados por una combinación de múltiples parámetros (esto fue especialmente importante para la batería de gran capacidad) .Para la batería de iones de litio de gran capacidad, el paquete se compone de varias baterías en serie / en paralelo, como una computadora portátil para más de 10 v de voltaje, gran capacidad, generalmente usa 3 ~ 4 series de baterías individuales que pueden cumplir con los requisitos de voltaje, y luego serán 2 ~ 3 series de baterías paralelas, para asegurarse de que la capacidad sea mayor.

El paquete de baterías de gran capacidad debe tener una función de protección relativamente completa. También se deben considerar dos módulos de placa de circuito: el módulo de placa de circuito de protección (ProtecTIonBoardPCB) y el módulo de placa de indicador de batería inteligente. El diseño completo de protección de la batería incluye: IC de protección de nivel 1 (para evitar la sobrecarga de la batería, sobredescarga, cortocircuito), IC de protección de nivel 2 (para evitar la segunda sobretensión), fusibles, indicaciones 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.

La tecnología subyacente que se usa en las baterías de iones de litio que se usan en computadoras portátiles y teléfonos celulares no es segura y requiere una estructura más segura.

En resumen, con el avance de la tecnología de materiales y la creciente comprensión de los requisitos para el diseño, fabricación, prueba y uso de baterías de iones de litio, las futuras baterías de iones de litio serán más seguras.

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