Litium-ion batareyanın xüsusiyyətləri

Litium kimyəvi dövri cədvəldə ən kiçik və ən aktiv metaldır. Kiçik ölçüsü və yüksək tutum sıxlığı səbəbindən istehlakçılar və mühəndislər tərəfindən geniş şəkildə qarşılanır. Bununla belə, kimyəvi xüsusiyyətlər çox aktivdir, bu da son dərəcə yüksək risklər gətirir. Litium metal havaya məruz qaldıqda, oksigenlə şiddətlə reaksiya verəcək və partlayacaq. Təhlükəsizliyi və gərginliyi yaxşılaşdırmaq üçün elm adamları litium atomlarını saxlamaq üçün qrafit və litium kobalt oksidi kimi materiallar icad etdilər. Bu materialların molekulyar quruluşu litium atomlarını saxlamaq üçün istifadə oluna bilən nano səviyyəli kiçik saxlama şəbəkəsi təşkil edir. Bu sayədə batareya qabığı qopub oksigen içəri girsə belə, oksigen molekulları bu kiçik saxlama hüceyrələrinə girə bilməyəcək qədər böyük olacaq və beləliklə, litium atomları oksigenlə təmasda olmayacaq və partlayışdan qaçacaq. Litium-ion batareyaların bu prinsipi insanlara yüksək tutum sıxlığına nail olmaqla təhlükəsizliyə nail olmağa imkan verir.

Elektrik partlayışa davamlı sınaq

Litium-ion batareyası doldurulduqda, müsbət elektroddakı litium atomları elektronlarını itirir və litium ionlarına oksidləşir. Litium ionları elektrolit vasitəsilə mənfi elektroda üzür, mənfi elektrodun saxlama hüceyrəsinə daxil olur və litium atomlarına çevrilən bir elektron əldə edir. Boşaltma zamanı bütün prosedur tərsinə aparılır. Akkumulyatorun müsbət və mənfi qütblərinin birbaşa toxunmaması və qısaqapanmaması üçün qısaqapanmanın qarşısını almaq üçün batareyaya çoxlu məsamələri olan diafraqma kağızı əlavə edilir. Yaxşı bir diafraqma kağızı, batareyanın temperaturu çox yüksək olduqda, litium ionlarının keçə bilməməsi üçün məsamələri avtomatik olaraq bağlaya bilər, beləliklə, təhlükənin qarşısını almaq üçün öz döyüş sənətlərindən istifadə edə bilərlər.

Mühafizə

Litium batareya hüceyrəsi 4.2V-dən yüksək bir gərginliyə yükləndikdən sonra yan təsirlər meydana çıxmağa başlayacaq. Aşırı yükləmə gərginliyi nə qədər yüksək olarsa, risk bir o qədər yüksəkdir. Litium batareya hüceyrəsinin gərginliyi 4.2V-dən yüksək olduqda, müsbət elektrod materialında qalan litium atomlarının sayı yarıdan azdır. Bu zaman hüceyrə tez-tez çökür və batareya tutumunun daimi azalmasına səbəb olur. Şarj etməyə davam etsəniz, mənfi elektrodun hüceyrəsi artıq litium atomları ilə dolu olduğundan, sonrakı litium metal mənfi elektrod materialının səthində toplanacaq. Bu litium atomları mənfi elektrodun səthindən litium ionlarının istiqamətinə doğru dendritləri böyüdəcək. Bu litium metal kristalları ayırıcı kağızdan keçəcək və müsbət və mənfi elektrodları qısa qapanacaq. Bəzən qısaqapanmadan əvvəl batareya partlayır. Bunun səbəbi, həddindən artıq yüklənmə prosesi zamanı elektrolit və digər materiallar qaz çıxarmaq üçün çatlayaraq, akkumulyator qabığının və ya təzyiq klapanının şişməsinə və qırılmasına səbəb olacaq, oksigenin daxil olmasına və mənfi elektrodun səthində yığılmış litium atomları ilə reaksiya verməyə imkan verəcəkdir. Və sonra partladı. Buna görə də, litium batareyanı doldurarkən yuxarı gərginlik həddi müəyyən edilməlidir ki, batareyanın ömrü, tutumu və təhlükəsizliyi eyni vaxtda nəzərə alınsın. Doldurma gərginliyinin ən ideal yuxarı həddi 4.2V-dir. Litium batareyaları boşaldarkən aşağı gərginlik həddi də var. Hüceyrə gərginliyi 2.4V-dən aşağı olduqda, bəzi materiallar məhv edilməyə başlayacaq. Həmçinin, batareya öz-özünə boşaldıldığından, nə qədər uzun müddət qalsa, gərginlik bir o qədər aşağı olacaq. Buna görə də, batareya 2.4V-ə qədər boşaldıqda dayanmamaq yaxşıdır. Litium batareyanın 3.0V-dan 2.4V-ə qədər boşaldıldığı dövrdə buraxılan enerji batareyanın tutumunun yalnız 3%-ni təşkil edir. Buna görə 3.0V ideal boşalma kəsmə gərginliyidir.

Doldurma və boşaltma zamanı gərginlik həddinə əlavə olaraq, cari həddi də lazımdır. Cərəyan çox böyük olduqda, litium ionları saxlama hüceyrəsinə girməyə vaxt tapmayacaq və materialın səthində toplanacaq. Bu litium ionları elektron əldə etdikdən sonra materialın səthində litium atomu kristallarını əmələ gətirəcəklər ki, bu da həddindən artıq yüklənmə ilə eynidir və bu təhlükəlidir. Batareyanın qabığı qırılarsa, o, partlayacaq.

Buna görə də, litium-ion batareyalarının qorunması ən azı üç elementi əhatə etməlidir: doldurma gərginliyinin yuxarı həddi, boşalma gərginliyinin aşağı həddi və cərəyanın yuxarı həddi. Ümumiyyətlə, litium batareya paketində litium batareyanın nüvəsinə əlavə olaraq qoruyucu lövhə də olacaq. Bu qoruyucu lövhə əsasən bu üç müdafiəni təmin edir. Bununla belə, qoruyucu lövhənin bu üç mühafizəsi açıq şəkildə kifayət deyil və hələ də dünyada litium batareyalarının tez-tez partlayışları var. Batareya sisteminin təhlükəsizliyini təmin etmək üçün batareyanın partlama səbəbini daha diqqətlə təhlil etmək lazımdır.

Partlayış növünün təhlili

Batareya hüceyrəsinin partlama növləri üç növə bölünə bilər: xarici qısaqapanma, daxili qısaqapanma və həddindən artıq yükləmə. Buradakı kənar, batareya dəstinin zəif daxili izolyasiya dizaynı nəticəsində yaranan qısa qapanma da daxil olmaqla, batareya hüceyrəsinin xarici hissəsinə aiddir.

Hüceyrənin kənarında qısaqapanma baş verdikdə və elektron komponentlər dövrəni kəsə bilmədikdə, hüceyrə daxilində yüksək istilik əmələ gələcək ki, bu da elektrolitin bir hissəsinin buxarlanmasına və akkumulyator qabığının genişlənməsinə səbəb olacaq. Batareyanın daxili temperaturu 135 dərəcə Selsi kimi yüksək olduqda, keyfiyyətli diafraqma kağızı məsamələri bağlayacaq, elektrokimyəvi reaksiya dayandırılacaq və ya demək olar ki, dayandırılacaq, cərəyan kəskin azalacaq və temperatur yavaş-yavaş aşağı düşəcək, beləliklə partlayış. Bununla belə, məsamələrin bağlanma sürəti çox zəifdir və ya məsamələr heç bağlanmır. Diafraqma kağızı batareyanın temperaturunun artmağa davam etməsinə səbəb olacaq, daha çox elektrolit buxarlanacaq və nəhayət, batareyanın qabığı qırılacaq və ya hətta batareyanın temperaturu artırılacaq və Material yanacaq və partlayacaq. Daxili qısaqapanma, əsasən, diafraqmanı deşən mis folqa və alüminium folqa və ya diafraqmanı deşən litium atomlarının dendritik kristallarının buruqları ilə əlaqədardır. Bu kiçik iynə kimi metallar mikro qısaqapanmalara səbəb ola bilər. İğnə çox nazik olduğundan və müəyyən bir müqavimət dəyərinə malik olduğundan, cərəyan mütləq böyük deyil.

Mis və alüminium folqa buruqları istehsal prosesində yaranır. Müşahidə edilə bilən hadisə, batareyanın çox tez sızmasıdır, əksəriyyəti batareya hüceyrəsi fabriki və ya montaj fabriki tərəfindən yoxlanıla bilər. Üstəlik, kiçik çapıqlara görə onlar bəzən yandırılaraq batareyanın normal vəziyyətə gəlməsinə səbəb olur. Buna görə də, burr mikro-qısaqapanmasının səbəb olduğu partlayış ehtimalı yüksək deyil. Bu ifadəni müxtəlif akkumulyator hüceyrə fabriklərində şarj edildikdən qısa müddət sonra aşağı gərginlikli pis batareyaların tez-tez olmasından görmək olar, lakin statistika ilə təsdiqlənən bir neçə partlayış var. Buna görə də, daxili qısaqapanmanın yaratdığı partlayış, əsasən, həddindən artıq yüklənmədən qaynaqlanır. Çünki həddindən artıq yüklənmədən sonra dirək parçasının hər yerində iynə kimi litium metal kristalları var, deşilmə nöqtəsi hər yerdədir və mikro qısaqapanma hər yerdə baş verir. Buna görə də batareyanın temperaturu tədricən yüksələcək və nəhayət yüksək temperatur elektrolitin qazlaşmasına səbəb olacaq. Bu halda, temperaturun materialın yanmasına və partlamasına səbəb olmaq üçün çox yüksək olması və ya ilk növbədə xarici qabığın qırılması, havanın daxil olmasına və litium metalın oksidləşməsinə səbəb olursa, bu, partlayışdır.

Bununla belə, həddindən artıq yüklənmə nəticəsində yaranan daxili qısaqapanma nəticəsində yaranan partlayış mütləq doldurulma zamanı baş vermir. Ola bilər ki, akkumulyatorun temperaturu materialı yandırmaq üçün kifayət qədər yüksək olmadıqda və yaranan qaz batareyanın korpusunu sındırmağa kifayət etmədikdə, istehlakçı enerjinin doldurulmasını dayandıraraq mobil telefonunu çıxaracaq. Bu zaman çoxsaylı mikro-qısaqapanmaların yaratdığı istilik batareyanın temperaturunu yavaş-yavaş yüksəldir və o, müəyyən müddətdən sonra partlayır. İstehlakçıların ümumi təsviri budur ki, telefonu əlinə alanda telefonun çox isti olduğunu və onu atdıqdan sonra partladığını görürlər.

Yuxarıdakı partlayış növlərinə əsaslanaraq, biz partlayışdan mühafizənin üç aspektinə diqqət yetirə bilərik: həddindən artıq yüklənmənin qarşısının alınması, xarici qısaqapanmaların qarşısının alınması və hüceyrə təhlükəsizliyinin təkmilləşdirilməsi. Onların arasında, həddindən artıq yüklənmənin qarşısının alınması və xarici qısa qapanmanın qarşısının alınması batareya sisteminin dizaynı və batareyanın yığılması ilə daha çox əlaqəsi olan elektron mühafizəyə aiddir. Batareya hüceyrəsinin təhlükəsizliyinin artırılmasının diqqət mərkəzində batareya hüceyrəsi istehsalçıları ilə daha çox əlaqəsi olan kimyəvi və mexaniki qorunmadır.