Лити-ион батерейны шинж чанар

Лити бол химийн үелэх хүснэгтийн хамгийн жижиг бөгөөд хамгийн идэвхтэй металл юм. Жижиг хэмжээтэй, өндөр хүчин чадалтай учраас хэрэглэгчид болон инженерүүдийн талархлыг хүлээдэг. Гэсэн хэдий ч химийн шинж чанар нь хэт идэвхтэй тул маш өндөр эрсдэлтэй байдаг. Лити металлыг агаарт үзүүлэхэд хүчилтөрөгчтэй хүчтэй урвалд орж, дэлбэрнэ. Аюулгүй байдал, хүчдэлийг сайжруулахын тулд эрдэмтэд литийн атомыг хадгалах бал чулуу, литийн кобальт исэл зэрэг материалыг зохион бүтээжээ. Эдгээр материалын молекулын бүтэц нь литийн атомыг хадгалахад ашиглаж болох нано түвшний жижиг хадгалах сүлжээг бүрдүүлдэг. Ийм байдлаар батерейны бүрхүүл хагарч, хүчилтөрөгч орсон ч хүчилтөрөгчийн молекулууд нь эдгээр жижиг хадгалах эсүүдэд ороход хэт том болж, литийн атомууд хүчилтөрөгчтэй харьцахгүй, тэсрэлтээс сэргийлнэ. Лити-ион батерейны энэхүү зарчим нь хүмүүст аюулгүй байдлыг хангахын зэрэгцээ өндөр хүчин чадалтай нягтралд хүрэх боломжийг олгодог.

Цахилгаан тэсрэлтээс хамгаалах туршилт

Лити-ион батерейг цэнэглэх үед эерэг электрод дахь литийн атомууд электроноо алдаж, литийн ион болж исэлддэг. Литийн ионууд электролитээр дамжин сөрөг электрод руу сэлж, сөрөг электродын хадгалах үүрэнд орж, литийн атом болгон бууруулсан электроныг авдаг. Цэнэглэх үед бүх процедур эсрэгээрээ байна. Батерейны эерэг ба сөрөг туйлууд шууд шүргэлцэж, богино холболт үүсэхээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд зайнд богино холболт үүсэхээс сэргийлж олон нүхтэй диафрагмын цаасыг хийж өгдөг. Сайн диафрагмын цаас нь батерейны температур хэт өндөр байх үед нүх сүвийг автоматаар хааж, литийн ионууд нэвтэрч чадахгүй тул аюулаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд өөрсдийн тулааны урлагийг ашиглах боломжтой.

Хамгааллын

Лити батерейг 4.2 В-оос дээш хүчдэлд хэт цэнэглэсний дараа гаж нөлөө үүсч эхэлнэ. Хэт их цэнэгийн хүчдэл өндөр байх тусам эрсдэл өндөр болно. Лити батерейны хүчдэл 4.2 В-оос их байвал эерэг электродын материалд үлдсэн литийн атомын тоо хагасаас бага байна. Энэ үед эс нь ихэвчлэн нурж, батерейны багтаамжийг байнга бууруулдаг. Хэрэв та үргэлжлүүлэн цэнэглэх юм бол сөрөг электродын эс аль хэдийн литийн атомаар дүүрсэн тул сөрөг электродын материалын гадаргуу дээр дараагийн лити металл хуримтлагдана. Эдгээр литийн атомууд нь сөрөг электродын гадаргуугаас литийн ионуудын чиглэл рүү дендрит үүсгэдэг. Эдгээр лити металлын талстууд нь тусгаарлагч цаасаар дамжин эерэг ба сөрөг электродуудыг богино холболттой болгоно. Заримдаа богино холболт үүсэхээс өмнө зай нь дэлбэрдэг. Учир нь хэт цэнэглэх явцад электролит болон бусад материалууд хагарч хий ялгаруулж, батерейны бүрхүүл эсвэл даралтат хавхлага хавдаж, хагарч, хүчилтөрөгч орж, сөрөг электродын гадаргуу дээр хуримтлагдсан литийн атомуудтай урвалд орно. Тэгээд дэлбэрсэн. Тиймээс литийн батерейг цэнэглэхдээ батерейны ашиглалт, хүчин чадал, аюулгүй байдлыг нэгэн зэрэг харгалзан үзэхийн тулд хүчдэлийн дээд хязгаарыг тохируулах шаардлагатай. Цэнэглэх хүчдэлийн хамгийн тохиромжтой дээд хязгаар нь 4.2V байна. Лити батерейг цэнэглэх үед бага хүчдэлийн хязгаар байдаг. Элементийн хүчдэл 2.4V-ээс бага байвал зарим материалыг устгаж эхэлнэ. Мөн зай нь өөрөө цэнэггүй болох тул удаан үлдэх тусам хүчдэл бага байх болно. Тиймээс зайг 2.4V хүртэл цэнэггүй болгох үед зогсохгүй байх нь дээр. Лити батерейг 3.0V-ээс 2.4V хүртэл цэнэггүй болгох үед ялгарах энерги нь батерейны хүчин чадлын ердөө 3 орчим хувийг эзэлдэг. Тиймээс 3.0V нь хамгийн тохиромжтой цэнэгийн таслах хүчдэл юм.

Цэнэглэх, цэнэглэх үед хүчдэлийн хязгаараас гадна гүйдлийн хязгаар шаардлагатай. Гүйдэл хэт их байвал литийн ионууд нь хадгалах үүрэнд орох цаг байхгүй бөгөөд материалын гадаргуу дээр хуримтлагдана. Эдгээр литийн ионууд электрон олж авсны дараа материалын гадаргуу дээр литийн атомын талстууд үүсэх бөгөөд энэ нь хэт цэнэглэгдсэнтэй адил бөгөөд аюултай юм. Хэрэв зайны хайрцаг хагарвал энэ нь тэсрэх болно.

Тиймээс лити-ион батерейны хамгаалалт нь цэнэглэх хүчдэлийн дээд хязгаар, цэнэгийн цэнэгийн доод хязгаар, гүйдлийн дээд хязгаар гэсэн гурван зүйлийг багтаасан байх ёстой. Ерөнхийдөө лити батерейны хайрцагт лити батерейны цөмөөс гадна хамгаалалтын самбар байх болно. Энэхүү хамгаалалтын самбар нь эдгээр гурван хамгаалалтыг голчлон хангадаг. Гэсэн хэдий ч хамгаалалтын хавтангийн эдгээр гурван хамгаалалт хангалтгүй байгаа нь тодорхой бөгөөд дэлхий даяар литийн батерейны дэлбэрэлт байсаар байна. Зайны системийн аюулгүй байдлыг хангахын тулд зайны дэлбэрэлтийн шалтгааныг илүү нарийвчлан шинжлэх шаардлагатай.

Тэсрэлтийн төрлийн шинжилгээ

Зайны үүрний дэлбэрэлтийн төрлийг гадаад богино холболт, дотоод богино холболт, хэт цэнэглэлт гэсэн гурван төрөлд ангилж болно. Энд байгаа гадна тал нь зайны үүрний гаднах хэсэг, түүний дотор батерейны дотоод тусгаарлагчийн буруу хийцээс үүдэлтэй богино холболтыг хэлнэ.

Элементийн гадна талд богино холболт үүсч, электрон эд ангиуд нь хэлхээг таслахгүй байх үед эсийн дотор өндөр дулаан үүсэх бөгөөд энэ нь электролитийн нэг хэсэг нь ууршиж, зайны бүрхүүлийг тэлэх болно. Батерейны дотоод температур 135 хэм хүртэл өндөр байвал сайн чанарын диафрагмын цаас нь нүх сүвийг хааж, цахилгаан химийн урвал зогсох эсвэл бараг зогсох, гүйдэл огцом буурч, температур аажмаар буурах тул дэлбэрэлт. Гэсэн хэдий ч нүх сүв хаагдах нь хэтэрхий муу, эсвэл нүх нь огт хаагдахгүй байна. Диафрагмын цаас нь батерейны температурыг үргэлжлүүлэн өсгөж, илүү их электролит ууршиж, эцэст нь зайны бүрхүүл эвдрэх эсвэл бүр батерейны температур хүртэл нэмэгдэж, материал шатаж, дэлбэрнэ. Дотор богино холболт нь голчлон диафрагмыг цоолох зэс тугалган цаас, хөнгөн цагаан тугалган цаас, эсвэл литийн атомын дендрит талстууд диафрагмыг цоолоход үүсдэг. Эдгээр зүү шиг жижиг металлууд нь бичил богино холболт үүсгэдэг. Зүү нь маш нимгэн бөгөөд тодорхой эсэргүүцлийн утгатай тул гүйдэл нь их байх албагүй.

Зэс, хөнгөн цагаан тугалган цаас нь үйлдвэрлэлийн явцад үүсдэг. Ажиглаж болох үзэгдэл бол зай хэт хурдан гоожиж байгаа бөгөөд ихэнхийг нь зайны эсийн үйлдвэр эсвэл угсрах үйлдвэр шалгаж болно. Түүнээс гадна жижиг хагарлаас болж заримдаа шатаж, батерейг хэвийн байдалд оруулдаг. Тиймээс burr бичил богино залгааны улмаас дэлбэрэлт үүсэх магадлал өндөр биш юм. Энэ мэдэгдлийг янз бүрийн батерейны үйлдвэрүүдэд цэнэглэсний дараа бага хүчдэлтэй муу батерейнууд ихэвчлэн байдаг боловч цөөн тооны дэлбэрэлтүүд байдаг нь статистик мэдээллээс харагдаж байна. Тиймээс дотоод богино залгааны улмаас үүссэн дэлбэрэлт нь голчлон хэт цэнэглэлтээс үүсдэг. Учир нь хэт цэнэглэсний дараа шонгийн хэсэг дээр хаа сайгүй зүү шиг литийн металлын талстууд байх бөгөөд цоорох цэг нь хаа сайгүй байх ба бичил богино холболт хаа сайгүй тохиолддог. Тиймээс батерейны температур аажмаар нэмэгдэж, эцэст нь өндөр температур нь электролитийг хий үүсгэдэг. Энэ тохиолдолд хэт өндөр температур нь материалыг шатааж, дэлбэрэх, эсвэл гаднах бүрхүүл нь эхлээд эвдэрч, агаар орж, литийн металлыг исэлдүүлэхэд хүргэдэг, энэ нь тэсрэлт юм.

Гэсэн хэдий ч хэт цэнэглэлтээс үүссэн дотоод богино холболтоос үүссэн дэлбэрэлт нь цэнэглэх үед заавал тохиолддоггүй. Батерейны температур нь материалыг шатаахад хангалттай өндөр биш, үүссэн хий нь батерейны бүрхүүлийг хугалахад хүрэлцэхгүй байх үед хэрэглэгч цэнэглэхээ зогсоож, гар утсаа гаргаж авах боломжтой. Энэ үед олон тооны бичил богино залгааны улмаас үүссэн дулаан нь зайны температурыг аажмаар нэмэгдүүлж, тодорхой хугацааны дараа дэлбэрдэг. Хэрэглэгчдийн нийтлэг тодорхойлолт бол утсаа авахдаа утсаа маш их халуу оргиж, шидсэний дараа дэлбэрдэг.

Дээрх дэлбэрэлтийн төрлүүд дээр үндэслэн бид тэсрэлтээс хамгаалах гурван асуудалд анхаарлаа хандуулж болно: хэт цэнэглэлтээс урьдчилан сэргийлэх, гадаад богино холболтоос урьдчилан сэргийлэх, эсийн аюулгүй байдлыг сайжруулах. Тэдгээрийн дотроос хэт цэнэглэлтээс урьдчилан сэргийлэх, гадаад богино холболтоос урьдчилан сэргийлэх нь батерейны системийн дизайн, батерейны угсралттай илүү холбоотой байдаг цахим хамгаалалтад хамаардаг. Зайны үүрний аюулгүй байдлыг сайжруулах гол зорилго нь химийн болон механик хамгаалалт бөгөөд зай үйлдвэрлэгчидтэй илүү холбоотой байдаг.