Tabia za betri za lithiamu-ion

Lithiamu ndio chuma kidogo na kinachofanya kazi zaidi kwenye jedwali la upimaji la kemikali. Kwa sababu ya ukubwa wake mdogo na msongamano mkubwa wa uwezo, inakaribishwa sana na watumiaji na wahandisi. Walakini, mali ya kemikali ni hai sana, ambayo huleta hatari kubwa sana. Wakati chuma cha lithiamu kinapofunuliwa na hewa, itaitikia kwa ukali na oksijeni na kulipuka. Ili kuboresha usalama na voltage, wanasayansi waligundua vifaa kama vile grafiti na oksidi ya lithiamu cobalt kuhifadhi atomi za lithiamu. Muundo wa molekuli wa nyenzo hizi huunda gridi ndogo ya hifadhi ya kiwango cha nano ambayo inaweza kutumika kuhifadhi atomi za lithiamu. Kwa njia hii, hata kama ganda la betri litapasuka na oksijeni kuingia, molekuli za oksijeni zitakuwa kubwa sana kuingia seli hizi ndogo za uhifadhi, ili atomi za lithiamu zisigusane na oksijeni na kuzuia mlipuko. Kanuni hii ya betri za lithiamu-ion huwawezesha watu kufikia usalama huku wakifikia msongamano wa uwezo wa juu.

Jaribio la kuzuia mlipuko wa umeme

Betri ya lithiamu-ioni inapochajiwa, atomi za lithiamu katika elektrodi chanya hupoteza elektroni na hutiwa oksidi kwa ioni za lithiamu. Ioni za lithiamu huogelea kwa elektrodi hasi kupitia elektroliti, ingiza seli ya uhifadhi wa elektrodi hasi, na kupata elektroni, ambayo hupunguzwa hadi atomi za lithiamu. Wakati wa kutolewa, utaratibu wote unarudiwa. Ili kuzuia nguzo nzuri na hasi za betri kutoka kwa kugusa moja kwa moja na mzunguko mfupi, karatasi ya diaphragm yenye pores nyingi huongezwa kwenye betri ili kuzuia mzunguko mfupi. Karatasi nzuri ya diaphragm pia inaweza kufunga vinyweleo kiotomatiki wakati halijoto ya betri iko juu sana, ili ioni za lithiamu zisipite, ili waweze kutumia sanaa zao za kijeshi kuzuia hatari.

Kulinda

Baada ya seli ya betri ya lithiamu kuongezwa kwa voltage ya juu kuliko 4.2V, madhara yataanza kutokea. Ya juu ya voltage ya malipo ya ziada, hatari kubwa zaidi. Wakati voltage ya seli ya betri ya lithiamu ni ya juu kuliko 4.2V, idadi ya atomi za lithiamu iliyobaki katika nyenzo nzuri ya electrode ni chini ya nusu. Kwa wakati huu, kiini mara nyingi huanguka, na kusababisha kupungua kwa kudumu kwa uwezo wa betri. Ikiwa utaendelea malipo, kwa kuwa kiini cha electrode hasi tayari imejazwa na atomi za lithiamu, chuma cha lithiamu kinachofuata kitajilimbikiza juu ya uso wa nyenzo hasi ya electrode. Atomi hizi za lithiamu zitakua dendrites kutoka kwenye uso wa elektrodi hasi kuelekea mwelekeo wa ioni za lithiamu. Fuwele hizi za chuma za lithiamu zitapita kwenye karatasi ya kitenganishi na mzunguko mfupi wa elektroni chanya na hasi. Wakati mwingine betri hupuka kabla ya mzunguko mfupi kutokea. Hii ni kwa sababu wakati wa mchakato wa chaji kupita kiasi, elektroliti na vifaa vingine vitapasuka ili kuzalisha gesi, na kusababisha ganda la betri au valve ya shinikizo kuvimba na kupasuka, kuruhusu oksijeni kuingia na kuguswa na atomi za lithiamu zilizokusanywa kwenye uso wa electrode hasi. Na kisha kulipuka. Kwa hiyo, wakati wa malipo ya betri ya lithiamu, kikomo cha juu cha voltage lazima kiweke ili maisha ya betri, uwezo, na usalama viweze kuzingatiwa kwa wakati mmoja. Kikomo bora zaidi cha juu cha voltage ya malipo ni 4.2V. Pia kuna kikomo cha chini cha voltage wakati wa kutekeleza betri za lithiamu. Wakati voltage ya seli iko chini kuliko 2.4V, vifaa vingine vitaanza kuharibiwa. Pia, kwa kuwa betri itajifungua yenyewe, kwa muda mrefu imesalia, chini ya voltage itakuwa. Kwa hiyo, ni bora si kuacha wakati betri inatolewa kwa 2.4V. Katika kipindi ambacho betri ya lithiamu inatolewa kutoka 3.0V hadi 2.4V, nishati iliyotolewa huchangia karibu 3% tu ya uwezo wa betri. Kwa hiyo, 3.0V ni voltage bora ya kukata-off.

Wakati wa malipo na kutekeleza, pamoja na kikomo cha voltage, kikomo cha sasa pia ni muhimu. Wakati sasa ni kubwa sana, ioni za lithiamu hazitakuwa na muda wa kuingia kwenye seli ya kuhifadhi na itajilimbikiza juu ya uso wa nyenzo. Baada ya ions hizi za lithiamu kupata elektroni, zitazalisha fuwele za atomi za lithiamu juu ya uso wa nyenzo, ambayo ni sawa na overcharging, ambayo ni hatari. Kama kipochi cha betri kitapasuka, kitalipuka.

Kwa hiyo, ulinzi wa betri za lithiamu-ioni lazima iwe pamoja na angalau vitu vitatu: kikomo cha juu cha voltage ya malipo, kikomo cha chini cha voltage ya kutokwa, na kikomo cha juu cha sasa. Kwa ujumla, katika pakiti ya betri ya lithiamu, pamoja na msingi wa betri ya lithiamu, kutakuwa na bodi ya kinga. Bodi hii ya kinga hasa hutoa ulinzi hizi tatu. Hata hivyo, ulinzi huu tatu wa bodi ya ulinzi ni wazi haitoshi, na bado kuna milipuko ya mara kwa mara ya betri za lithiamu duniani kote. Ili kuhakikisha usalama wa mfumo wa betri, sababu ya mlipuko wa betri lazima ichambuliwe kwa uangalifu zaidi.

Uchambuzi wa aina ya mlipuko

Aina za mlipuko wa seli za betri zinaweza kugawanywa katika aina tatu: mzunguko mfupi wa nje, mzunguko mfupi wa ndani na chaji ya ziada. Nje hapa inarejelea nje ya seli ya betri, ikijumuisha saketi fupi zinazosababishwa na muundo duni wa insulation ya ndani ya pakiti ya betri.

Wakati mzunguko mfupi hutokea nje ya seli na vipengele vya elektroniki vinashindwa kukata mzunguko, joto la juu litatolewa ndani ya seli, ambayo itasababisha sehemu ya elektroliti kuyeyuka na kupanua ganda la betri. Wakati halijoto ya ndani ya betri inapokuwa juu ya nyuzi joto 135, karatasi ya kiwambo cha ubora mzuri itafunga vinyweleo, mmenyuko wa kielektroniki utakatizwa au karibu kusitishwa, mkondo wa sasa utashuka sana, na halijoto itashuka polepole, na hivyo kuepuka. mlipuko. Hata hivyo, kiwango cha kufungwa kwa pore ni duni sana, au pores hazijafungwa kabisa. Karatasi ya diaphragm itasababisha joto la betri kuendelea kupanda, elektroliti zaidi itayeyuka, na hatimaye ganda la betri litavunjika, au hata joto la betri litaongezwa hadi Nyenzo huwaka na kulipuka. Saketi fupi ya ndani husababishwa zaidi na vibuyu vya karatasi ya shaba na karatasi ya alumini kutoboa kiwambo, au fuwele za dendritic za atomi za lithiamu kutoboa kiwambo. Metali hizi ndogo zinazofanana na sindano zinaweza kusababisha saketi fupi ndogo. Kwa kuwa sindano ni nyembamba sana na ina thamani fulani ya upinzani, sasa si lazima kubwa.

Vipuli vya shaba na alumini husababishwa wakati wa mchakato wa uzalishaji. Jambo linaloonekana ni kwamba betri huvuja haraka sana, nyingi zikiwa zinaweza kuchunguzwa na kiwanda cha seli za betri au kiwanda cha kuunganisha. Aidha, kutokana na burrs ndogo, wakati mwingine huchomwa, na kusababisha betri kurudi kwa kawaida. Kwa hiyo, uwezekano wa mlipuko unaosababishwa na burr micro-short mzunguko sio juu. Taarifa hii inaweza kuonekana kutokana na ukweli kwamba mara nyingi kuna betri mbaya na voltage ya chini muda mfupi baada ya malipo katika viwanda mbalimbali vya seli za betri, lakini kuna milipuko machache, ambayo inasaidiwa na takwimu. Kwa hiyo, mlipuko unaosababishwa na mzunguko mfupi wa ndani unasababishwa hasa na malipo ya ziada. Kwa sababu baada ya kuzidisha, kuna fuwele za chuma za lithiamu kama sindano kila mahali kwenye kipande cha nguzo, mahali pa kuchomwa ni kila mahali, na mzunguko mdogo wa mzunguko hutokea kila mahali. Kwa hiyo, joto la betri litaongezeka hatua kwa hatua, na hatimaye joto la juu litasababisha electrolyte kwa gesi. Katika kesi hiyo, ikiwa hali ya joto ni ya juu sana kusababisha nyenzo kuwaka na kulipuka, au shell ya nje ni ya kwanza kuvunjwa, na kusababisha hewa kuingia na oxidize chuma cha lithiamu, ni mlipuko.

Hata hivyo, mlipuko unaosababishwa na mzunguko mfupi wa ndani unaosababishwa na overcharging si lazima kutokea wakati wa malipo. Inawezekana kwamba wakati hali ya joto ya betri haitoshi kuchoma nyenzo na gesi inayozalishwa haitoshi kuvunja casing ya betri, mtumiaji ataacha malipo na kuchukua simu ya mkononi nje. Kwa wakati huu, joto linalotokana na saketi nyingi fupi-fupi huinua joto la betri polepole, na hulipuka baada ya muda. Maelezo ya kawaida ya watumiaji ni kwamba wakati wanachukua simu, wanaona kuwa simu ni moto sana na hulipuka baada ya kuitupa.

Kulingana na aina zilizo hapo juu za milipuko, tunaweza kuzingatia vipengele vitatu vya ulinzi wa mlipuko: kuzuia malipo ya ziada, kuzuia mzunguko mfupi wa nje, na uboreshaji wa usalama wa seli. Miongoni mwao, kuzuia malipo ya ziada na kuzuia mzunguko mfupi wa nje ni mali ya ulinzi wa elektroniki, ambayo ina uhusiano mkubwa na muundo wa mfumo wa betri na mkusanyiko wa betri. Lengo la uimarishaji wa usalama wa seli za betri ni ulinzi wa kemikali na mitambo, ambao una uhusiano mkubwa na watengenezaji wa seli za betri.