Lithium-ion battery characteristics

Ang Lithium ay ang pinakamaliit at pinaka-aktibong metal sa chemical periodic table. Dahil sa maliit na sukat nito at mataas na densidad ng kapasidad, malawak itong tinatanggap ng mga mamimili at inhinyero. Gayunpaman, ang mga kemikal na katangian ay masyadong aktibo, na nagdudulot ng napakataas na panganib. Kapag ang lithium metal ay nalantad sa hangin, marahas itong tutugon sa oxygen at sasabog. Upang mapabuti ang kaligtasan at boltahe, nag-imbento ang mga siyentipiko ng mga materyales tulad ng graphite at lithium cobalt oxide upang mag-imbak ng mga lithium atom. Ang molekular na istraktura ng mga materyales na ito ay bumubuo ng isang nano-level na maliit na grid ng imbakan na maaaring magamit upang mag-imbak ng mga atomo ng lithium. Sa ganitong paraan, kahit na pumutok ang shell ng baterya at pumasok ang oxygen, ang mga molekula ng oxygen ay magiging masyadong malaki upang makapasok sa maliliit na storage cell na ito, upang ang mga lithium atom ay hindi madikit sa oxygen at maiwasan ang pagsabog. Ang prinsipyong ito ng mga baterya ng lithium-ion ay nagbibigay-daan sa mga tao na makamit ang kaligtasan habang nakakamit ang mataas na density ng kapasidad.

Isang electric explosion-proof na pagsubok

Kapag na-charge ang isang lithium-ion na baterya, ang mga lithium atom sa positibong electrode ay nawawalan ng mga electron at na-oxidize sa mga lithium ions. Lumalangoy ang mga lithium ions sa negatibong elektrod sa pamamagitan ng electrolyte, pumasok sa storage cell ng negatibong elektrod, at kumuha ng electron, na nabawasan sa lithium atoms. Kapag naglalabas, ang buong pamamaraan ay binabaligtad. Upang maiwasan ang mga positibo at negatibong poste ng baterya mula sa direktang pagdikit at pag-short-circuiting, isang diaphragm na papel na may maraming pores ay idinagdag sa baterya upang maiwasan ang short-circuiting. Ang isang magandang diaphragm paper ay maaari ding awtomatikong isara ang mga pores kapag ang temperatura ng baterya ay masyadong mataas, upang ang mga lithium ions ay hindi makadaan, upang magamit nila ang kanilang sariling martial arts upang maiwasan ang panganib.

pangalagaan

After the lithium battery cell is overcharged to a voltage higher than 4.2V, side effects will begin to occur. The higher the overcharge voltage, the higher the risk. When the voltage of the lithium battery cell is higher than 4.2V, the number of lithium atoms remaining in the positive electrode material is less than half. At this time, the cell often collapses, causing a permanent decrease in battery capacity. If you continue to charge, since the cell of the negative electrode is already filled with lithium atoms, subsequent lithium metal will accumulate on the surface of the negative electrode material. These lithium atoms will grow dendrites from the surface of the negative electrode toward the direction of the lithium ions. These lithium metal crystals will pass through the separator paper and short-circuit the positive and negative electrodes. Sometimes the battery explodes before the short circuit occurs. This is because during the overcharging process, the electrolyte and other materials will crack to produce gas, causing the battery shell or pressure valve to swell and rupture, allowing oxygen to enter and react with the lithium atoms accumulated on the surface of the negative electrode. And then exploded. Therefore, when charging a lithium battery, the upper voltage limit must be set so that the battery life, capacity, and safety can be taken into account at the same time. The most ideal upper limit of the charging voltage is 4.2V. There is also a lower voltage limit when discharging lithium batteries. When the cell voltage is lower than 2.4V, some materials will begin to be destroyed. Also, since the battery will self-discharge, the longer it is left, the lower the voltage will be. Therefore, it is best not to stop when the battery is discharged to 2.4V. During the period when the lithium battery is discharged from 3.0V to 2.4V, the energy released only accounts for about 3% of the battery capacity. Therefore, 3.0V is an ideal discharge cut-off voltage.

Kapag nagcha-charge at naglalabas, bilang karagdagan sa limitasyon ng boltahe, kinakailangan din ang kasalukuyang limitasyon. Kapag ang kasalukuyang ay masyadong malaki, ang mga lithium ions ay hindi magkakaroon ng oras upang makapasok sa storage cell at maiipon sa ibabaw ng materyal. Matapos makakuha ng mga electron ang mga lithium ion na ito, gagawa sila ng mga kristal ng lithium atom sa ibabaw ng materyal, na kapareho ng overcharging, na mapanganib. Kung masira ang casing ng baterya, sasabog ito.

Samakatuwid, ang proteksyon ng mga baterya ng lithium-ion ay dapat magsama ng hindi bababa sa tatlong mga item: ang itaas na limitasyon ng boltahe sa pagsingil, ang mas mababang limitasyon ng boltahe sa paglabas, at ang pinakamataas na limitasyon ng kasalukuyang. Sa pangkalahatan, sa isang lithium battery pack, bilang karagdagan sa lithium battery core, magkakaroon ng protective board. Ang protective board na ito ay pangunahing nagbibigay ng tatlong proteksyong ito. Gayunpaman, malinaw na hindi sapat ang tatlong proteksyong ito ng protection board, at mayroon pa ring madalas na pagsabog ng mga lithium batteries sa buong mundo. Upang matiyak ang kaligtasan ng sistema ng baterya, ang sanhi ng pagsabog ng baterya ay dapat na masuri nang mas maingat.

Pagsusuri ng uri ng pagsabog

Ang mga uri ng pagsabog ng cell ng baterya ay maaaring uriin sa tatlong uri: external short circuit, internal short circuit, at overcharge. Ang labas dito ay tumutukoy sa labas ng cell ng baterya, kabilang ang mga maikling circuit na dulot ng hindi magandang panloob na pagkakabukod ng disenyo ng baterya pack.

Kapag may naganap na short circuit sa labas ng cell at nabigo ang mga electronic component na putulin ang circuit, mataas na init ang bubuo sa loob ng cell, na magiging sanhi ng bahagi ng electrolyte na mag-vaporize at lumawak ang shell ng baterya. Kapag ang panloob na temperatura ng baterya ay kasing taas ng 135 degrees Celsius, ang isang mahusay na kalidad na diaphragm na papel ay magsasara ng mga pores, ang electrochemical reaction ay wawakasan o halos wawakasan, ang kasalukuyang ay bababa nang husto, at ang temperatura ay dahan-dahang bababa, kaya maiwasan. isang pagsabog. Gayunpaman, ang rate ng pagsasara ng butas ay masyadong mahirap, o ang mga pores ay hindi sarado. Ang diaphragm na papel ay magiging sanhi ng patuloy na pagtaas ng temperatura ng baterya, mas maraming electrolyte ang mag-i-vaporize, at sa wakas ay masisira ang shell ng baterya, o maging ang temperatura ng baterya ay tataas sa Ang materyal ay nasusunog at sumasabog. Ang panloob na short circuit ay pangunahing sanhi ng mga burr ng copper foil at aluminum foil na tumutusok sa diaphragm, o ang mga dendritic na kristal ng lithium atoms na tumutusok sa diaphragm. Ang mga maliliit na metal na tulad ng karayom ​​ay maaaring maging sanhi ng mga micro short circuit. Dahil ang karayom ​​ay masyadong manipis at may isang tiyak na halaga ng pagtutol, ang kasalukuyang ay hindi kinakailangang malaki.

Ang copper at aluminum foil burrs ay sanhi sa panahon ng proseso ng produksyon. Ang kapansin-pansing kababalaghan ay ang pagtagas ng baterya nang napakabilis, karamihan sa mga ito ay maaaring ma-screen ng pabrika ng cell ng baterya o ng pabrika ng pagpupulong. Bukod dito, dahil sa maliliit na burr, kung minsan ay masusunog ang mga ito, na nagiging sanhi upang bumalik sa normal ang baterya. Samakatuwid, ang posibilidad ng pagsabog na dulot ng burr micro-short circuit ay hindi mataas. Ang pahayag na ito ay makikita mula sa katotohanan na madalas na may mga hindi magandang baterya na may mababang boltahe sa ilang sandali pagkatapos na singilin sa iba’t ibang mga pabrika ng cell ng baterya, ngunit mayroong ilang mga pagsabog, na sinusuportahan ng mga istatistika. Samakatuwid, ang pagsabog na dulot ng panloob na short circuit ay pangunahing sanhi ng sobrang singil. Dahil pagkatapos ng sobrang singil, may mga parang karayom ​​na lithium metal na kristal sa lahat ng dako sa piraso ng poste, ang puncture point ay nasa lahat ng dako, at ang micro short circuit ay nangyayari sa lahat ng dako. Samakatuwid, ang temperatura ng baterya ay unti-unting tataas, at sa wakas ang mataas na temperatura ay magiging sanhi ng electrolyte sa gas. Sa kasong ito, kung ang temperatura ay masyadong mataas upang maging sanhi ng materyal na masunog at sumabog, o ang panlabas na shell ay unang nasira, na nagiging sanhi ng hangin na pumasok at mag-oxidize ng lithium metal, ito ay isang pagsabog.

Gayunpaman, ang pagsabog na dulot ng panloob na short circuit na dulot ng sobrang pagsingil ay hindi kinakailangang mangyari sa oras ng pagsingil. Posible na kapag ang temperatura ng baterya ay hindi sapat na mataas upang masunog ang materyal at ang gas na nabuo ay hindi sapat upang masira ang casing ng baterya, ang mamimili ay titigil sa pag-charge at ilalabas ang mobile phone. Sa oras na ito, ang init na nalilikha ng maraming micro-short circuit ay dahan-dahang nagpapataas ng temperatura ng baterya, at ito ay sumasabog pagkatapos ng isang yugto ng panahon. Ang karaniwang paglalarawan ng mga mamimili ay kapag kinuha nila ang telepono, nakita nila na ang telepono ay napakainit at sumasabog pagkatapos itong itapon.

Batay sa mga uri ng pagsabog sa itaas, maaari tayong tumuon sa tatlong aspeto ng proteksyon ng pagsabog: ang pag-iwas sa sobrang singil, pag-iwas sa mga panlabas na short circuit, at pagpapabuti ng kaligtasan ng cell. Kabilang sa mga ito, ang pag-iwas sa sobrang singil at pag-iwas sa panlabas na short circuit ay nabibilang sa elektronikong proteksyon, na may mas malaking kaugnayan sa disenyo ng sistema ng baterya at pagpupulong ng baterya. Ang pokus ng pagpapahusay sa kaligtasan ng cell ng baterya ay kemikal at mekanikal na proteksyon, na may higit na kaugnayan sa mga tagagawa ng cell ng baterya.