Lityum-ion batareyaning xususiyatlari

Litiy kimyoviy davriy jadvaldagi eng kichik va eng faol metalldir. Kichik o’lchamlari va yuqori sig’im zichligi tufayli iste’molchilar va muhandislar tomonidan keng kutib olinadi. Biroq, kimyoviy xossalari juda faol, bu juda yuqori xavflarni keltirib chiqaradi. Litiy metall havoga ta’sir qilganda, u kislorod bilan kuchli reaksiyaga kirishadi va portlaydi. Xavfsizlik va kuchlanishni yaxshilash uchun olimlar lityum atomlarini saqlash uchun grafit va lityum kobalt oksidi kabi materiallarni ixtiro qildilar. Ushbu materiallarning molekulyar tuzilishi lityum atomlarini saqlash uchun ishlatilishi mumkin bo’lgan nano-darajali kichik saqlash panjarasini hosil qiladi. Shu tarzda, batareya qobig’i yorilib, kislorod kirsa ham, kislorod molekulalari bu kichik saqlash hujayralariga kirish uchun juda katta bo’ladi, shuning uchun lityum atomlari kislorod bilan aloqa qilmaydi va portlashdan qochadi. Lityum-ion batareyalarning ushbu printsipi odamlarga yuqori sig’im zichligiga erishish bilan birga xavfsizlikka erishishga imkon beradi.

Elektr portlashdan himoyalangan sinov

Lityum-ion batareya zaryadlanganda, musbat elektroddagi lityum atomlari elektronlarini yo’qotadi va litiy ionlariga oksidlanadi. Lityum ionlari elektrolit orqali manfiy elektrodga suzadi, manfiy elektrodning saqlash xujayrasiga kiradi va lityum atomlariga qaytariladigan elektronni oladi. Bo’shatish paytida barcha protsedura teskari bo’ladi. Batareyaning musbat va manfiy qutblarining to’g’ridan-to’g’ri tegishi va qisqa tutashuviga yo’l qo’ymaslik uchun qisqa tutashuvni oldini olish uchun batareyaga ko’p teshiklari bo’lgan diafragma qog’oz qo’shiladi. Yaxshi diafragma qog’ozi batareyaning harorati juda yuqori bo’lsa, teshiklarni avtomatik ravishda yopishi mumkin, shuning uchun lityum ionlari o’tib keta olmaydi, shuning uchun ular xavfni oldini olish uchun o’zlarining jang san’atlaridan foydalanishlari mumkin.

saqlash

Lityum batareya xujayrasi 4.2V dan yuqori kuchlanishga haddan tashqari zaryadlangandan so’ng, nojo’ya ta’sirlar paydo bo’la boshlaydi. Haddan tashqari kuchlanish kuchlanishi qanchalik baland bo’lsa, xavf shunchalik yuqori bo’ladi. Lityum batareya xujayrasining kuchlanishi 4.2V dan yuqori bo’lsa, musbat elektrod materialida qolgan lityum atomlari soni yarmidan kam. Bu vaqtda hujayra tez-tez yiqilib, batareya quvvatining doimiy pasayishiga olib keladi. Agar siz zaryadlashni davom ettirsangiz, salbiy elektrodning xujayrasi allaqachon lityum atomlari bilan to’ldirilganligi sababli, keyingi lityum metall salbiy elektrod materialining yuzasida to’planadi. Ushbu litiy atomlari manfiy elektrod yuzasidan dendritlarni litiy ionlari yo’nalishiga qarab o’stiradi. Ushbu lityum metall kristallari ajratuvchi qog’ozdan o’tib, ijobiy va salbiy elektrodlarni qisqa tutashuvga olib keladi. Ba’zan batareya qisqa tutashuv sodir bo’lishidan oldin portlaydi. Buning sababi shundaki, ortiqcha zaryadlash jarayonida elektrolitlar va boshqa materiallar gaz hosil qilish uchun yorilib, akkumulyator qobig’i yoki bosim klapanining shishishi va yorilishi, kislorodning kirib borishi va salbiy elektrod yuzasida to’plangan lityum atomlari bilan reaksiyaga kirishishi mumkin. Va keyin portladi. Shuning uchun, lityum batareyani zaryad olayotganda, batareyaning ishlash muddati, quvvati va xavfsizligi bir vaqtning o’zida hisobga olinishi uchun yuqori kuchlanish chegarasi o’rnatilishi kerak. Zaryadlash kuchlanishining eng ideal yuqori chegarasi 4.2V dir. Lityum batareyalarni zaryadsizlantirishda past kuchlanish chegarasi ham mavjud. Hujayra kuchlanishi 2.4V dan past bo’lganda, ba’zi materiallar yo’q qilina boshlaydi. Bundan tashqari, batareya o’z-o’zidan zaryadsizlanganligi sababli, u qancha uzoq qolsa, kuchlanish past bo’ladi. Shuning uchun batareya 2.4V ga zaryadsizlanganda to’xtamaslik yaxshiroqdir. Lityum batareya 3.0V dan 2.4V gacha zaryadsizlangan davrda chiqarilgan energiya batareya quvvatining atigi 3% ni tashkil qiladi. Shuning uchun, 3.0V ideal tushirishni kesish kuchlanishidir.

Zaryadlash va tushirishda kuchlanish chegarasiga qo’shimcha ravishda oqim chegarasi ham kerak. Oqim juda katta bo’lsa, lityum ionlari saqlash xujayrasiga kirishga vaqt topolmaydi va material yuzasida to’planadi. Ushbu litiy ionlari elektronlarni olgandan so’ng, ular material yuzasida lityum atomi kristallarini hosil qiladi, bu haddan tashqari zaryadlash bilan bir xil, bu xavflidir. Batareya korpusi yorilib ketsa, u portlab ketadi.

Shuning uchun lityum-ion batareyalarni himoya qilish kamida uchta elementni o’z ichiga olishi kerak: zaryadlash kuchlanishining yuqori chegarasi, tushirish kuchlanishining pastki chegarasi va oqimning yuqori chegarasi. Umuman olganda, lityum batareyalar to’plamida, lityum batareya yadrosiga qo’shimcha ravishda, himoya taxtasi bo’ladi. Ushbu himoya taxtasi asosan ushbu uchta himoyani ta’minlaydi. Biroq, himoya taxtasining bu uchta himoyasi, shubhasiz, etarli emas va hali ham butun dunyo bo’ylab lityum batareyalarning tez-tez portlashlari mavjud. Batareya tizimining xavfsizligini ta’minlash uchun batareya portlashining sababini diqqat bilan tahlil qilish kerak.

Portlash turini tahlil qilish

Batareya xujayrasining portlash turlarini uch turga bo’lish mumkin: tashqi qisqa tutashuv, ichki qisqa tutashuv va ortiqcha zaryad. Bu erda tashqi ko’rinish batareya xujayrasining tashqi tomoniga, shu jumladan batareya paketining ichki izolyatsiyasining yomon konstruktsiyasidan kelib chiqqan qisqa tutashuvlarga tegishli.

Hujayraning tashqi qismida qisqa tutashuv sodir bo’lganda va elektron komponentlar kontaktlarning zanglashiga olib kelmasa, hujayra ichida yuqori issiqlik hosil bo’ladi, bu elektrolitning bir qismini bug’lanishiga va batareya qobig’ining kengayishiga olib keladi. Batareyaning ichki harorati 135 daraja Selsiy bo’lsa, yaxshi sifatli diafragma qog’ozi teshiklarni yopadi, elektrokimyoviy reaktsiya tugaydi yoki deyarli tugaydi, oqim keskin pasayadi va harorat asta-sekin pasayadi, shuning uchun oldini oladi. portlash. Biroq, gözeneklerin yopilish darajasi juda yomon yoki teshiklar umuman yopilmaydi. Diafragma qog’ozi batareyaning harorati ko’tarilishini davom ettiradi, ko’proq elektrolitlar bug’lanadi va nihoyat batareya qobig’i buziladi yoki hatto batareyaning harorati ko’tariladi Materiallar yonib ketadi va portlaydi. Ichki qisqa tutashuv, asosan, diafragmani teshuvchi mis folga va alyuminiy folga burmalari yoki lityum atomlarining dendritik kristallari diafragmani teshishi natijasida yuzaga keladi. Bu ignaga o’xshash mayda metallar mikro qisqa tutashuvlarga olib kelishi mumkin. Igna juda nozik va ma’lum bir qarshilik qiymatiga ega bo’lganligi sababli, oqim katta bo’lishi shart emas.

Mis va alyuminiy folga burmalari ishlab chiqarish jarayonida yuzaga keladi. Kuzatish mumkin bo’lgan hodisa shundaki, batareya juda tez oqadi, ularning ko’pchiligi batareya xujayrasi zavodi yoki yig’ish zavodi tomonidan tekshirilishi mumkin. Bundan tashqari, kichik burmalar tufayli ular ba’zida yonib ketadi, bu esa batareyaning normal holatga qaytishiga olib keladi. Shuning uchun, burr mikro-qisqa tutashuvidan kelib chiqqan portlash ehtimoli yuqori emas. Ushbu bayonotni turli batareya xujayralari zavodlarida zaryad olayotganidan ko’p o’tmay, ko’pincha past kuchlanishli yomon batareyalar mavjudligidan ko’rish mumkin, ammo statistik ma’lumotlar tomonidan qo’llab-quvvatlanadigan bir nechta portlashlar mavjud. Shuning uchun, ichki qisqa tutashuvdan kelib chiqqan portlash, asosan, ortiqcha zaryaddan kelib chiqadi. Chunki haddan tashqari zaryaddan so’ng, qutb bo’lagida hamma joyda igna o’xshash lityum metall kristallari mavjud, teshilish nuqtasi hamma joyda va mikro qisqa tutashuv hamma joyda sodir bo’ladi. Shuning uchun batareyaning harorati asta-sekin o’sib boradi va nihoyat yuqori harorat elektrolitning gazga aylanishiga olib keladi. Bunday holda, harorat juda yuqori bo’ladimi, materialning yonishi va portlashi yoki tashqi qobiqning birinchi bo’lib sinishi, havoning kirib kelishi va lityum metallni oksidlanishiga olib keladi, bu portlashdir.

Biroq, haddan tashqari zaryadlash natijasida yuzaga kelgan ichki qisqa tutashuvdan kelib chiqqan portlash zaryadlash vaqtida sodir bo’lishi shart emas. Batareyaning harorati materialni yoqish uchun etarlicha yuqori bo’lmaganda va hosil bo’lgan gaz batareya korpusini sindirish uchun etarli bo’lmasa, iste’molchi zaryadlashni to’xtatib, uyali telefonni chiqarib yuborishi mumkin. Bu vaqtda ko’plab mikro-qisqa tutashuvlar natijasida hosil bo’lgan issiqlik batareyaning haroratini asta-sekin oshiradi va u bir muncha vaqt o’tgach portlaydi. Iste’molchilarning umumiy ta’rifi shundaki, ular telefonni ko’targanlarida, telefon juda qizib ketganini va uni tashlaganidan keyin portlashini sezadilar.

Yuqoridagi portlash turlariga asoslanib, biz portlashdan himoya qilishning uchta jihatiga e’tibor qaratishimiz mumkin: ortiqcha zaryadlanishning oldini olish, tashqi qisqa tutashuvlarning oldini olish va hujayra xavfsizligini yaxshilash. Ular orasida ortiqcha zaryadlashning oldini olish va tashqi qisqa tutashuvni oldini olish elektron himoyaga tegishli bo’lib, u batareya tizimini loyihalash va batareyani yig’ish bilan ko’proq bog’liqdir. Batareya xujayrasi xavfsizligini oshirishning asosiy yo’nalishi kimyoviy va mexanik himoya bo’lib, batareya xujayrasi ishlab chiqaruvchilari bilan ko’proq aloqaga ega.