Литий-иондук батареянын мүнөздөмөлөрү

Литий химиялык мезгилдик таблицадагы эң кичинекей жана эң активдүү металл. Анткени анын кичинекей өлчөмү жана жогорку кубаттуулугу тыгыздыгы, ал көп керектөөчүлөр жана инженерлер тарабынан кабыл алынат. Бирок, химиялык касиеттери өтө жогорку тобокелдиктерди алып келет, өтө активдүү болуп саналат. Литий металлы абага тийгенде, ал кычкылтек менен катуу реакция кылып, жарылат. Коопсуздукту жана чыңалууну жакшыртуу максатында, окумуштуулар литий атомдорун сактоо үчүн графит жана литий кобальт оксиди сыяктуу материалдарды ойлоп табышкан. Бул материалдардын молекулярдык түзүлүшү литий атомдорун сактоо үчүн колдонулушу мүмкүн болгон нано-деңгээлдеги кичинекей сактоо тармагын түзөт. Ошентип, батареянын кабыгы жарылып, кычкылтек кирсе да, кычкылтек молекулалары бул кичинекей сактоочу клеткаларга кире албай тургандай чоң болуп, литий атомдору кычкылтек менен байланышпай, жарылуудан качат. Литий-иондук батарейкалардын бул принциби адамдарга жогорку кубаттуулуктагы тыгыздыкка жетүү менен коопсуздукка жетишүүгө мүмкүндүк берет.

Жарылуудан корголбогон электрдик сыноо

Литий-иондук батарея заряддалганда, оң электроддогу литий атомдору электрондорун жоготуп, литий иондоруна чейин кычкылданышат. Литий иондору электролит аркылуу терс электродго сүзүп, терс электроддун сактоочу клеткасына кирип, литий атомдоруна чейин калыбына келген электрон алат. Заряддоодо бардык процедура тескери болот. Батареянын оң жана терс уюлдары тике тийип калбашы жана кыска туташуусуна жол бербөө үчүн кыска туташууну болтурбоо үчүн батареяга көптөгөн тешикчелери бар диафрагма кагазы кошулат. Жакшы диафрагма кагазы да батареянын температурасы өтө жогору болгондо тешикчелерди автоматтык түрдө жаба алат, андыктан литий иондору өтө албайт, ошондуктан алар коркунучтун алдын алуу үчүн өздөрүнүн согуш өнөрлөрүн колдоно алышат.

сакта

Литий батарейка клеткасы 4.2V жогору чыңалууга ашыкча заряддалгандан кийин, терс таасирлери пайда боло баштайт. Ашыкча заряддагы чыңалуу канчалык жогору болсо, коркунуч ошончолук жогору болот. Литий батарейкасынын чыңалуусу 4.2V жогору болгондо, оң электрод материалында калган литий атомдорунун саны жарымынан азыраак болот. Бул учурда, клетка көбүнчө кулап, батареянын сыйымдуулугу биротоло төмөндөйт. Эгер сиз зарядды уланта берсеңиз, терс электроддун клеткасы литий атомдору менен толтурулгандыктан, кийинки литий металлы терс электроддун материалынын бетинде чогулат. Бул литий атомдору терс электроддун бетинен литий иондорунун багытын көздөй дендриттерди өстүрүшөт. Бул литий металл кристаллдары сепаратор кагазы аркылуу өтүп, оң жана терс электроддорду кыска туташтырып жиберишет. Кээде батарея кыска туташуу пайда боло электе жарылып кетет. Себеби ашыкча заряддоо процессинде электролит жана башка материалдар жарылып, газ пайда болуп, аккумулятордун кабыгы же басым клапаны шишип, жарылат, кычкылтек кирип, терс электроддун бетинде чогулган литий атомдору менен реакцияга киришет. Анан жарылды. Ошондуктан, литий батарейканы заряддоодо, жогорку чыңалуу чеги батареянын иштөө мөөнөтү, кубаттуулугу жана коопсуздугу бир эле учурда эске алынышы үчүн коюлушу керек. Заряддоо чыңалуусунун эң идеалдуу жогорку чеги 4.2 В. Литий батарейкаларын кубаттаганда төмөнкү чыңалуу чеги да бар. Уюлдук чыңалуу 2.4V төмөн болгондо, кээ бир материалдар жок боло баштайт. Ошондой эле, батарейка өзүн-өзү зарядсыздандыргандыктан, ал канчалык узак болсо, чыңалуу ошончолук төмөн болот. Ошондуктан, батареянын заряды 2.4 В чейин токтоп калганда токтобогон жакшы. Литий батарейкасы 3.0Вдан 2.4Вга чейин зарядсызданган мезгилде, чыгарылган энергия батареянын сыйымдуулугунун 3% гана түзөт. Ошондуктан, 3.0V идеалдуу разрядды өчүрүү чыңалуу болуп саналат.

Заряддоо жана разряддоодо чыңалуу чегинен тышкары токтун чеги да керек. Ток өтө чоң болгондо, литий иондору сактоочу клеткага кирүүгө үлгүрбөй калат жана материалдын бетинде чогулат. Бул литий иондору электрондорду алгандан кийин, алар материалдын бетинде литий атомунун кристаллдарын пайда кылат, бул кооптуу болгон ашыкча заряддоо менен бирдей. Эгерде батареянын корпусу жарылса, ал жарылат.

Ошондуктан, литий-иондук батарейкаларды коргоо, жок эле дегенде, үч нерсени камтышы керек: заряддоо чыңалуусунун жогорку чеги, разряддын чыңалуусунун төмөнкү чеги жана токтун жогорку чеги. Жалпысынан алганда, литий батареянын пакетинде, литий батареясынын өзөгүнөн тышкары, коргоочу такта болот. Бул коргоочу такта негизинен ушул үч коргоону камсыз кылат. Бирок, коргоо тактасынын бул үч коргоосу, албетте, жетишсиз жана дүйнө жүзү боюнча литий батареяларынын бат-бат жарылуулары дагы эле бар. Батарея системасынын коопсуздугун камсыз кылуу үчүн, батареянын жарылуу себебин кылдаттык менен талдоо керек.

жарылуу түрүн талдоо

Батарея клеткасынын жарылуу түрлөрүн үч түргө бөлүүгө болот: тышкы кыска туташуу, ички кыска туташуу жана ашыкча заряд. Бул жерде сырткы нерсе батареянын уячасынын сыртына, анын ичинде батарейка пакетинин ички изоляциясынын начар дизайнынан келип чыккан кыска туташууларга тиешелүү.

Клетканын сыртында кыска туташуу болуп, электрондук тетиктер чынжырды үзө албаса, клетканын ичинде жогорку жылуулук пайда болуп, электролиттин бир бөлүгү бууланып, батареянын кабыгынын кеңейишине алып келет. Батареянын ички температурасы 135 градус Цельсийге жеткенде, жакшы сапаттагы диафрагма кагазы тешикчелерди жаап, электрохимиялык реакция токтотулат же дээрлик токтойт, ток кескин төмөндөйт жана температура акырындап төмөндөйт, ошондуктан жарылуу. Бирок, тешикчелердин жабылуу ылдамдыгы өтө начар, же тешикчелер такыр жабылган эмес. Диафрагма кагазы батареянын температурасынын көтөрүлүшүнө алып келет, көбүрөөк электролит бууланып, акырында батареянын кабыгы сынып, ал тургай батареянын температурасы жогорулап, материал күйүп, жарылат. Ички кыска туташуу, негизинен, жез фольга менен алюминий фольгасынын диафрагманы тешип өтүшүнөн же диафрагманы тешип өткөн литий атомдорунун дендриттик кристаллдарынан келип чыгат. Бул кичинекей ийне сымал металлдар микро кыска туташууларды пайда кылышы мүмкүн. Ийне абдан ичке жана белгилүү бир каршылык маанисине ээ болгондуктан, токтун сөзсүз эле чоң болушу мүмкүн эмес.

Жез жана алюминий фольгасы өндүрүш процессинде пайда болот. Байкоочу көрүнүш – бул батареянын өтө тез агып кетиши, алардын көбүн аккумулятордук клетка заводу же монтаждоо фабрикасы текшерсе болот. Андан тышкары, кичинекей бүчүрлөрдөн улам, алар кээде күйүп кетип, батареянын нормалдуу иштешине алып келет. Ошондуктан, burr микро-кыска туташуусу менен шартталган жарылуу ыктымалдыгы жогору эмес. Бул билдирүүнү ар кандай аккумулятордук заводдордо кубатталгандан кийин аз чыңалуу менен начар батарейкалар көп кездешкенинен көрүүгө болот, бирок статистика менен тастыкталган жарылуулар аз. Ошондуктан, ички кыска туташуу менен шартталган жарылуу, негизинен, ашыкча заряд менен шартталган. Анткени ашыкча заряддалгандан кийин, уюлдун бөлүгүнүн бардык жеринде ийне сымал литий металл кристаллдары бар, тешилүү чекити бардык жерде жана микро кыска туташуу бардык жерде пайда болот. Ошондуктан, батареянын температурасы акырындык менен көтөрүлөт, акырында жогорку температура электролит газга алып келет. Бул учурда, температура өтө жогору болуп, материалдын күйүп, жарылуусуна себеп болобу, же сырткы кабык алгач сынып, аба кирип, литий металлын кычкылдандырат, ал жарылуу болуп саналат.

Бирок ашыкча кубаттоодон улам келип чыккан ички кыска туташуудан улам жарылуу кубаттоо учурунда сөзсүз түрдө пайда боло бербейт. Мүмкүн, батареянын температурасы материалды күйгүзүүгө жетишсиз жана пайда болгон газ аккумулятордун корпусун сындырууга жетишсиз болгондо, керектөөчү заряддоону токтотуп, уюлдук телефонду чыгарып коюшу мүмкүн. Бул учурда көптөгөн микро-кыска чынжырлардан пайда болгон жылуулук батареянын температурасын акырындык менен жогорулатат жана ал бир канча убакыттан кийин жарылат. Керектөөчүлөрдүн жалпы мүнөздөмөсү: телефонду көтөргөндө телефон абдан ысып, ыргыткандан кийин жарылып кетет.

Жардыруулардын жогорудагы түрлөрүнө таянып, жарылуудан коргоонун үч аспектисине токтолсок болот: ашыкча заряддын алдын алуу, тышкы кыска туташуулардын алдын алуу жана клетканын коопсуздугун жакшыртуу. Алардын арасында ашыкча заряддын алдын алуу жана тышкы кыска туташуулардын алдын алуу батарея тутумунун дизайны жана батареяны чогултуу менен көбүрөөк байланышы бар электрондук коргоого таандык. Батарея клеткасынын коопсуздугун жогорулатуунун негизги багыты химиялык жана механикалык коргоо болуп саналат, ал батарея клеткаларын өндүрүүчүлөр менен көбүрөөк байланышта.