Litija jonu akumulatora īpašības

Litijs ir mazākais un aktīvākais metāls ķīmiskajā periodiskajā tabulā. Tā mazā izmēra un lielā ietilpības blīvuma dēļ patērētāji un inženieri to atzinīgi novērtē. Tomēr ķīmiskās īpašības ir pārāk aktīvas, kas rada ārkārtīgi lielus riskus. Kad litija metāls tiek pakļauts gaisam, tas spēcīgi reaģēs ar skābekli un eksplodēs. Lai uzlabotu drošību un spriegumu, zinātnieki izgudroja tādus materiālus kā grafīts un litija kobalta oksīds litija atomu uzglabāšanai. Šo materiālu molekulārā struktūra veido nano līmeņa nelielu uzglabāšanas režģi, ko var izmantot litija atomu uzglabāšanai. Tādā veidā, pat ja akumulatora korpuss plīsīs un tajā iekļūst skābeklis, skābekļa molekulas būs pārāk lielas, lai iekļūtu šajās mazajās uzglabāšanas šūnās, lai litija atomi nesaskartos ar skābekli un izvairītos no eksplozijas. Šis litija jonu akumulatoru princips ļauj cilvēkiem sasniegt drošību, vienlaikus sasniedzot lielu ietilpības blīvumu.

Elektriskā sprādziendrošā pārbaude

Kad litija jonu akumulators ir uzlādēts, litija atomi pozitīvajā elektrodā zaudē elektronus un tiek oksidēti par litija joniem. Litija joni caur elektrolītu peld uz negatīvo elektrodu, iekļūst negatīvā elektroda uzglabāšanas šūnā un iegūst elektronu, kas tiek reducēts līdz litija atomiem. Izlādējot, visa procedūra tiek apgriezta. Lai novērstu akumulatora pozitīvo un negatīvo polu tiešu saskari un īssavienojumu, akumulatoram ir pievienots diafragmas papīrs ar daudzām porām, lai novērstu īssavienojumu. Labs diafragmas papīrs var arī automātiski aizvērt poras, kad akumulatora temperatūra ir pārāk augsta, lai litija joni nevarētu iziet cauri, lai viņi varētu izmantot savas cīņas mākslas, lai novērstu briesmas.

pasargāt

Pēc tam, kad litija baterijas elements ir pārlādēts līdz spriegumam, kas lielāks par 4.2 V, sāks parādīties blakusparādības. Jo augstāks pārlādes spriegums, jo lielāks risks. Ja litija akumulatora elementa spriegums ir lielāks par 4.2 V, pozitīvā elektroda materiālā atlikušo litija atomu skaits ir mazāks par pusi. Šajā laikā šūna bieži sabrūk, izraisot neatgriezenisku akumulatora jaudas samazināšanos. Ja turpināsit uzlādēt, jo negatīvā elektroda šūna jau ir piepildīta ar litija atomiem, uz negatīvā elektroda materiāla virsmas uzkrāsies sekojošs litija metāls. Šie litija atomi izaugs dendritus no negatīvā elektroda virsmas litija jonu virzienā. Šie litija metāla kristāli izies cauri separatora papīram un īssavienos pozitīvo un negatīvo elektrodu. Dažreiz akumulators eksplodē pirms īssavienojuma. Tas ir tāpēc, ka pārlādēšanas procesā elektrolīts un citi materiāli saplaisās, veidojot gāzi, izraisot akumulatora korpusa vai spiediena vārsta uzbriest un plīsumus, ļaujot skābeklim iekļūt un reaģēt ar litija atomiem, kas uzkrāti uz negatīvā elektroda virsmas. Un tad uzsprāga. Tāpēc, uzlādējot litija akumulatoru, augšējā sprieguma robeža ir jāiestata tā, lai vienlaikus varētu ņemt vērā akumulatora darbības laiku, ietilpību un drošību. Ideālākā uzlādes sprieguma augšējā robeža ir 4.2 V. Izlādējot litija baterijas, ir arī zemāka sprieguma robeža. Kad elementa spriegums ir zemāks par 2.4 V, daži materiāli sāks iznīcināt. Turklāt, tā kā akumulators pašizlādēsies, jo ilgāk tas būs atstāts, jo zemāks būs spriegums. Tāpēc vislabāk ir neapstāties, kad akumulators ir izlādējies līdz 2.4 V. Laikā, kad litija akumulators ir izlādējies no 3.0 V līdz 2.4 V, atbrīvotā enerģija veido tikai aptuveni 3% no akumulatora jaudas. Tāpēc 3.0 V ir ideāls izlādes spriegums.

Uzlādējot un izlādējot, papildus sprieguma ierobežojumam ir nepieciešams arī strāvas ierobežojums. Ja strāva ir pārāk liela, litija joniem nebūs laika iekļūt uzglabāšanas šūnā un tie uzkrāsies uz materiāla virsmas. Pēc tam, kad šie litija joni iegūst elektronus, tie uz materiāla virsmas veidos litija atomu kristālus, kas ir tas pats, kas pārlādēšana, kas ir bīstama. Ja akumulatora korpuss plīsīs, tas eksplodēs.

Tāpēc litija jonu akumulatoru aizsardzībā jāiekļauj vismaz trīs elementi: lādēšanas sprieguma augšējā robeža, izlādes sprieguma apakšējā robeža un strāvas augšējā robeža. Kopumā litija akumulatoru komplektā papildus litija akumulatora kodolam būs arī aizsargplāksne. Šī aizsargplāksne galvenokārt nodrošina šīs trīs aizsardzības iespējas. Tomēr ar šiem trim aizsargplāksnes aizsardzības līdzekļiem acīmredzami nepietiek, un visā pasaulē joprojām notiek bieži litija bateriju sprādzieni. Lai nodrošinātu akumulatora sistēmas drošību, rūpīgāk jāanalizē akumulatora sprādziena cēlonis.

Sprādziena veida analīze

Akumulatora elementu sprādziena veidus var iedalīt trīs veidos: ārējais īssavienojums, iekšējais īssavienojums un pārlādēšana. Ārpuse šeit attiecas uz akumulatora elementa ārpusi, tostarp īssavienojumiem, ko izraisa slikta akumulatora iekšējās izolācijas konstrukcija.

Ja elementa ārpusē rodas īssavienojums un elektroniskie komponenti nespēj atvienot ķēdi, elementā tiks ģenerēts liels karstums, kas izraisīs elektrolīta daļas iztvaikošanu un akumulatora korpusa izplešanos. Kad akumulatora iekšējā temperatūra sasniedz 135 grādus pēc Celsija, labas kvalitātes diafragmas papīrs aizvērs poras, elektroķīmiskā reakcija tiks pārtraukta vai gandrīz beigsies, strāva strauji pazemināsies un temperatūra lēnām pazeminās, tādējādi izvairoties no sprādziens. Tomēr poru slēgšanas ātrums ir pārāk vājš, vai arī poras nav aizvērtas vispār. Diafragmas papīrs izraisīs akumulatora temperatūras paaugstināšanos, vairāk elektrolīta iztvaikos, un, visbeidzot, akumulatora apvalks tiks salauzts vai pat akumulatora temperatūra tiks paaugstināta līdz Materiāls sadedzina un eksplodē. Iekšējo īssavienojumu galvenokārt izraisa vara folijas un alumīnija folijas urbumi, kas caurdur diafragmu, vai litija atomu dendrītiskie kristāli, kas caurdur diafragmu. Šie sīkie adatai līdzīgie metāli var izraisīt mikro īssavienojumus. Tā kā adata ir ļoti plāna un tai ir noteikta pretestības vērtība, strāva ne vienmēr ir liela.

Ražošanas procesā rodas vara un alumīnija folijas urbumi. Novērojamā parādība ir tāda, ka akumulators izplūst pārāk ātri, un lielāko daļu no tiem var pārbaudīt akumulatora elementu rūpnīca vai montāžas rūpnīca. Turklāt mazo urbumu dēļ tās dažkārt tiks sadedzinātas, izraisot akumulatora darbības normalizāciju. Tāpēc sprādziena iespējamība, ko izraisa burr mikroīssavienojums, nav augsta. Šo apgalvojumu var redzēt no tā, ka bieži vien dažādās bateriju elementu rūpnīcās īsi pēc uzlādes ir slikti akumulatori ar zemu spriegumu, taču sprādzienu ir maz, ko apstiprina statistika. Tāpēc iekšējā īssavienojuma izraisīto sprādzienu galvenokārt izraisa pārslodze. Tā kā pēc pārlādēšanas uz pola visur ir adatai līdzīgi litija metāla kristāli, visur ir caurduršanas vieta un visur notiek mikro īssavienojums. Tāpēc akumulatora temperatūra pakāpeniski paaugstināsies, un, visbeidzot, augstā temperatūra izraisīs elektrolīta gāzi. Šajā gadījumā, neatkarīgi no tā, vai temperatūra ir pārāk augsta, lai izraisītu materiāla sadedzināšanu un eksploziju, vai arī ārējais apvalks vispirms tiek salauzts, izraisot gaisa iekļūšanu litija metālā un oksidējot to, tas ir sprādziens.

Tomēr sprādziens, ko izraisa iekšējais īssavienojums, ko izraisa pārlādēšana, ne vienmēr notiek uzlādes laikā. Iespējams, ka tad, ja akumulatora temperatūra nav pietiekami augsta, lai sadedzinātu materiālu, un radītās gāzes nepietiek, lai izjauktu akumulatora korpusu, patērētājs pārtrauks uzlādi un izņems mobilo tālruni. Šajā laikā daudzu mikroīssavienojumu radītais siltums lēnām paaugstina akumulatora temperatūru, un pēc kāda laika tas eksplodē. Izplatīts patērētāju raksturojums ir tāds, ka, paņemot tālruni, viņi konstatē, ka tālrunis ir ļoti karsts, un pēc tā izmešanas uzsprāgst.

Pamatojoties uz iepriekš minētajiem sprādzienu veidiem, mēs varam koncentrēties uz trim sprādzienbīstamības aizsardzības aspektiem: pārslodzes novēršanu, ārējo īssavienojumu novēršanu un šūnu drošības uzlabošanu. Tostarp pārlādēšanas novēršana un ārējā īssavienojuma novēršana pieder elektroniskajai aizsardzībai, kurai ir lielāka saistība ar akumulatoru sistēmas konstrukciju un akumulatora montāžu. Akumulatora elementu drošības uzlabošanas uzmanības centrā ir ķīmiskā un mehāniskā aizsardzība, kam ir lielāka saistība ar akumulatoru elementu ražotājiem.