Liitiumakud on viimase 20 aasta kõige kiiremini kasvav akusüsteem ja neid kasutatakse laialdaselt elektroonikatoodetes.Hiljutine mobiiltelefonide ja sülearvutite plahvatus on sisuliselt aku plahvatus.Kuidas mobiiltelefonide ja sülearvutite akud välja näevad, kuidas need töötavad, miks plahvatavad ja kuidas neid vältida.
Kõrvaltoimed hakkavad ilmnema, kui liitiumelement laetakse üle 4,2 V pingeni.Mida suurem on ülelaadimisrõhk, seda suurem on risk.Pingetel, mis on kõrgemad kui 4,2 V, kui katoodimaterjali on jäänud alla poole liitiumi aatomitest, kukub salvestuselement sageli kokku, põhjustades aku mahu püsiva languse.Kui laeng jätkub, kuhjuvad katoodi materjali pinnale järgnevad liitiummetallid, kuna katoodi salvestuselement on juba liitiumiaatomeid täis.Need liitiumiaatomid kasvatavad dendriitkristalle katoodi pinnalt liitiumioonide suunas.Liitiumkristallid läbivad diafragma paberit, lühistades anoodi ja katoodi.Mõnikord plahvatab aku enne lühise tekkimist.Selle põhjuseks on asjaolu, et ülelaadimisprotsessi ajal purunevad materjalid, nagu elektrolüüdid, tekitades gaasi, mis põhjustab aku korpuse või rõhuklapi paisumist ja lõhkemist, võimaldades hapnikul reageerida negatiivse elektroodi pinnale kogunenud liitiumiaatomitega ja plahvatada.
Seetõttu on liitiumaku laadimisel vaja seada pinge ülempiir, et võtta arvesse aku kasutusiga, mahutavust ja ohutust.Ideaalne laadimispinge ülempiir on 4,2 V.Liitiumelementide tühjenemisel peaks olema ka madalam pingepiir.Kui elemendi pinge langeb alla 2,4 V, hakkab osa materjalist lagunema.Ja kuna aku tühjeneb isetühjenemist, pane seda kauemaks pinge alla, mistõttu on parem mitte tühjendada 2,4 V, et lõpetada.3,0 V kuni 2,4 V liitiumakud vabastavad ainult umbes 3% oma mahust.Seetõttu on 3,0 V ideaalne tühjenemise katkestuspinge.Laadimisel ja tühjendamisel on lisaks pingepiirangule vajalik ka voolupiirang.Kui vool on liiga kõrge, ei ole liitiumioonidel aega säilituskambrisse siseneda, need kogunevad materjali pinnale.
Kuna need ioonid saavad elektrone, kristalliseerivad nad materjali pinnal liitiumi aatomeid, mis võib olla sama ohtlik kui ülelaadimine.Kui aku korpus puruneb, plahvatab see.Seetõttu peaks liitiumioonaku kaitse hõlmama vähemalt laadimispinge ülemist piiri, tühjenduspinge alumist piiri ja voolu ülemist piiri.Üldiselt on lisaks liitiumaku südamikule kaitseplaat, mis on mõeldud peamiselt nende kolme kaitse tagamiseks.Kuid kaitse plaat nende kolme kaitse on ilmselgelt ei piisa, globaalse liitiumaku plahvatuse sündmuste või sagedased.Akusüsteemide ohutuse tagamiseks on vaja akude plahvatuste põhjuse hoolikamat analüüsi.
Plahvatuse põhjus:
1. Suur sisemine polarisatsioon;
2.Postitükk neelab vett ja reageerib elektrolüüdi gaasitrumliga;
3. elektrolüüdi enda kvaliteet ja jõudlus;
4. Vedeliku süstimise kogus ei vasta protsessi nõuetele;
5. Laserkeevitustihendi jõudlus on ettevalmistusprotsessis halb ja tuvastatakse õhuleke.
6. Tolmu ja pooluseosa tolmu on lihtne tekitada kõigepealt mikrolühis;
7. Positiivne ja negatiivne plaat on protsessivahemikust paksem, raskesti kooritav;
8. Vedeliku sissepritse tihendusprobleem, teraskuuli halb tihendus, mis viib gaasitrumlisse;
9.Shelli sissetuleva materjali kesta sein on liiga paks, kesta deformatsioon mõjutab paksust;
10. Kõrge välistemperatuur on ka plahvatuse peamine põhjus.
Plahvatuse tüüp
Plahvatuse tüübi analüüs Aku südamiku plahvatuse tüübid võib liigitada väliseks lühiseks, sisemiseks lühiseks ja ülelaadimiseks.Väline viitab siin elemendi välispinnale, sealhulgas sisemise aku halvast isolatsioonikonstruktsioonist põhjustatud lühisele.Kui väljaspool elementi tekib lühis ja elektroonilised komponendid ei suuda ahelat katkestada, tekitab element sees kõrget soojust, põhjustades osa elektrolüüdi, aku kesta, aurustumist.Kui aku sisetemperatuur on kõrge kuni 135 kraadi Celsiuse järgi, sulgeb hea kvaliteediga diafragma paber peene augu, elektrokeemiline reaktsioon lõpeb või peaaegu lõppeb, vool langeb ja temperatuur langeb samuti aeglaselt, vältides seega plahvatust. .Kuid halva sulgumiskiirusega või üldse mitte sulguv membraanpaber hoiab aku soojana, aurustab rohkem elektrolüüti ja lõhkeb lõpuks aku korpuse või tõstab isegi aku temperatuuri punktini, kus materjal põleb. ja plahvatab.Sisemine lühis on peamiselt põhjustatud membraani läbistavatest vaskfooliumist ja alumiiniumfooliumist või liitiumiaatomite dendriitkristallidest, mis läbistavad diafragmat.
Need pisikesed nõelalaadsed metallid võivad põhjustada mikrolühiseid.Kuna nõel on väga õhuke ja sellel on teatud takistusväärtus, ei pruugi vool olla väga suur.Vasest alumiiniumfooliumi pursked tekivad tootmisprotsessis.Täheldatud nähtus seisneb selles, et aku lekib liiga kiiresti ja enamiku neist saavad elemenditehased või koostetehased välja sõeluda.Ja kuna purgid on väikesed, põlevad need mõnikord ära, muutes aku normaalseks.Seetõttu pole mikrolühise põhjustatud plahvatuse tõenäosus suur.Selline vaade, võib sageli laadida seestpoolt iga raku tehas, pinge madal halb aku, kuid harva plahvatus, saada statistilist tuge.Seetõttu on sisemisest lühisest põhjustatud plahvatus peamiselt põhjustatud ülelaadimisest.Kuna ülelaetud tagumise elektroodi lehel on kõikjal nõelalaadsed liitiummetalli kristallid, on kõikjal torkekohad ja igal pool tekib mikrolühis.Seetõttu tõuseb raku temperatuur järk-järgult ja lõpuks elektrolüütib kõrge temperatuur gaasi.See olukord, olenemata sellest, kas temperatuur on materjali põlemisel plahvatuse tekitamiseks liiga kõrge või kest purunes esmalt, nii et õhk ja liitiummetalli äge oksüdatsioon, on plahvatuse lõpp.
Kuid selline plahvatus, mille põhjustab ülelaadimisest põhjustatud sisemine lühis, ei pruugi tekkida laadimise ajal.Võimalik, et tarbijad lõpetavad laadimise ja võtavad telefoni välja enne, kui aku on piisavalt kuum, et põletada materjale ja tekitada piisavalt gaasi, et aku korpus lõhkeda.Arvukate lühiste tekitatud soojus soojendab akut aeglaselt ja mõne aja pärast plahvatab.Tarbijate tavaline kirjeldus on see, et nad võtsid telefoni kätte ja leidsid, et see on väga kuum, viskas selle siis minema ja plahvatas.Ülaltoodud plahvatuse tüüpide põhjal saame keskenduda ülelaadimise vältimisele, välise lühise vältimisele ja elemendi ohutuse parandamisele.Nende hulgas on ülelaadimise ja välise lühise vältimine elektrooniline kaitse, mis on suuresti seotud akusüsteemi ja akuploki konstruktsiooniga.Rakkude ohutuse parandamise võtmepunkt on keemiline ja mehaaniline kaitse, millel on suurepärane suhe rakkude tootjatega.
Ohutu varjatud häda
Liitiumioonaku ohutus ei ole seotud ainult raku materjali olemusega, vaid ka aku valmistamise tehnoloogia ja kasutamisega.Mobiiltelefonide akud plahvatavad sageli ühelt poolt kaitseahela rikke tõttu, kuid mis veelgi olulisem, materiaalne aspekt ei ole probleemi põhimõtteliselt lahendanud.
Koobalthappe liitiumkatoodi aktiivne materjal on väikestes akudes väga küps süsteem, kuid pärast täislaadimist on anoodil veel palju liitiumioone, mille ülelaadimisel on oodata, et liitiumiooni anoodile jääv anoodile koguneb anoodile. , moodustub katoodil dendriit kasutab koobalthappe liitiumaku ülelaadimise tagajärg, isegi tavalise laadimis- ja tühjenemisprotsessi korral. Samuti võib negatiivsele elektroodile sattuda liigseid liitiumioone, mis moodustavad dendriite.Liitiumkobalaadi materjali teoreetiline erienergia on üle 270 mah/g, kuid tegelik võimsus on vaid pool teoreetilisest võimsusest, et tagada selle tsükliline jõudlus.Kasutusprotsessis eemaldatakse mingil põhjusel (nt juhtimissüsteemi kahjustus) ja aku laadimispinge liiga kõrgel tõttu positiivses elektroodis allesjäänud liitiumi osa läbi elektrolüüdi negatiivse elektroodi pinnale. liitiummetalli sadestumise vorm dendriitide moodustamiseks.Dendriidid Torgavad diafragma läbi, tekitades sisemise lühise.
Elektrolüüdi põhikomponendiks on karbonaat, millel on madal leekpunkt ja madal keemistemperatuur.See põleb või isegi plahvatab teatud tingimustel.Kui aku üle kuumeneb, põhjustab see elektrolüüdis sisalduva karbonaadi oksüdeerumist ja redutseerimist, mille tulemuseks on palju gaasi ja rohkem soojust.Kui kaitseklapp puudub või gaas ei eraldu läbi kaitseklapi, tõuseb aku siserõhk järsult ja põhjustab plahvatuse.
Polümeerelektrolüüdi liitiumioonaku ei lahenda põhimõtteliselt ohutusprobleemi, kasutatakse ka liitiumkoobalthapet ja orgaanilist elektrolüüti ning elektrolüüt on kolloidne, ei leki kergesti, toimub ägedam põlemine, põlemine on polümeeraku ohutuse suurim probleem.
Samuti on probleeme aku kasutamisega.Väline või sisemine lühis võib tekitada paarsada amprit liigset voolu.Kui tekib väline lühis, tühjendab aku koheselt suure voolu, kulutades suurel hulgal energiat ja tekitades sisetakistusele tohutut soojust.Sisemine lühis moodustab suure voolu ja temperatuur tõuseb, põhjustades membraani sulamist ja lühiseala laienemist, moodustades nõiaringi.
Liitiumioonaku ühe elemendi 3 ~ 4,2 V kõrge tööpinge saavutamiseks peab pinge lagunemine olema suurem kui 2 V orgaaniline elektrolüüt ja orgaanilise elektrolüüdi kasutamine suure voolu, kõrge temperatuuri tingimustes elektrolüüsitakse, elektrolüütiline gaas, mille tulemuseks on suurenenud siserõhk, puruneb tõsine kest läbi.
Ülelaadimine võib sadestuda liitiummetalli, kesta purunemisel, otsesel kokkupuutel õhuga, mille tagajärjeks on põlemine, samal ajal süttib elektrolüüt, tugev leek, gaasi kiire paisumine, plahvatus.
Lisaks põhjustab mobiiltelefonide liitiumioonaku ebaõige kasutamise tõttu (nt väljapressimine, löök ja veevõtt) aku paisumist, deformeerumist ja pragunemist jne, mis põhjustab aku lühise tühjenemis- või laadimisprotsessis. kuumuse plahvatuse teel.
Liitiumakude ohutus:
Ülelaadimise või ebaõigest kasutamisest tingitud ülelaadimise vältimiseks on ühe liitiumioonaku sisse seatud kolmekordne kaitsemehhanism.Üks on lülituselementide kasutamine, kui aku temperatuur tõuseb, tõuseb selle takistus, kui temperatuur on liiga kõrge, peatab automaatselt toiteallika;Teine on valida sobiv vaheseina materjal, kui temperatuur tõuseb teatud väärtuseni, lahustuvad vaheseina mikronipoorid automaatselt, nii et liitiumioonid ei saa läbida, aku sisemine reaktsioon peatub;Kolmas on kaitseklapi (st aku ülaosas oleva õhutusava) seadistamine.Kui aku siserõhk tõuseb teatud väärtuseni, avaneb kaitseklapp automaatselt, et tagada aku ohutus.
Mõnikord, kuigi akul endal on ohutuskontrolli meetmed, kuid mõnel juhtimisrikkest põhjustatud põhjustel ei ole kaitseklapi või gaasi puudumisel aega kaitseklapi kaudu vabaneda, tõuseb aku siserõhk järsult ja põhjustab plahvatus.Üldiselt on liitiumioonakudes salvestatud koguenergia pöördvõrdeline nende ohutusega.Aku mahutavuse kasvades suureneb ka aku maht ja selle soojuseraldusvõime halveneb ning õnnetuste võimalus suureneb oluliselt.Mobiiltelefonides kasutatavate liitiumioonakude puhul on põhinõue, et ohutusõnnetuste tõenäosus peaks olema väiksem kui üks miljonist, mis on ka avalikkusele vastuvõetav miinimumstandard.Suure mahutavusega liitiumioonakude puhul, eriti autode puhul, on väga oluline kasutada sunnitud soojuse hajumist.
Ohutumate elektroodimaterjalide, liitiummangaanoksiidi materjali valik molekulaarstruktuuri osas tagamaks, et positiivse elektroodi liitiumioonid on täielikult laetud negatiivsesse süsiniku auku, väldib põhimõtteliselt dendriitide teket.Samal ajal on liitiummangaanhappe stabiilne struktuur, nii et selle oksüdatsioonivõime on palju madalam kui liitiumkoobalthappel, liitiumkoobalthappe lagunemistemperatuur on üle 100 ℃, isegi välise välise lühise (nõelamise) tõttu. lühis, ülelaadimine, võib täielikult vältida ka sadestunud liitiummetalli põhjustatud põlemis- ja plahvatusohtu.
Lisaks võib liitiummanganaadi materjali kasutamine oluliselt vähendada kulusid.
Olemasoleva ohutusjuhtimistehnoloogia toimivuse parandamiseks peame esmalt parandama liitiumioonaku tuuma ohutust, mis on eriti oluline suure mahutavusega akude puhul.Valige hea termiliselt sulguv membraan.Diafragma ülesanne on isoleerida aku positiivsed ja negatiivsed poolused, võimaldades samal ajal liitiumioonide läbipääsu.Kui temperatuur tõuseb, suletakse membraan enne selle sulamist, tõstes sisemise takistuse 2000 oomini ja lülitades välja sisemise reaktsiooni.Kui siserõhk või temperatuur jõuab eelseadistatud standardini, avaneb plahvatuskindel ventiil ja hakkab rõhku alandama, et vältida sisemise gaasi liigset kogunemist, deformatsiooni ja lõpuks kesta lõhkemist.Parandage juhtimistundlikkust, valige tundlikumad juhtimisparameetrid ja kasutage mitme parameetri kombineeritud juhtimist (mis on eriti oluline suure mahutavusega akude puhul).Suure mahutavusega liitiumioonaku jaoks on seeria-/paralleelselt mitmeelemendiline koostis, näiteks sülearvuti pinge on üle 10 V, suure mahutavusega, tavaliselt 3–4 ühe aku seeriat kasutades saab pingenõuetele vastata ja seejärel 2–3 seeriat. akuplokk paralleelselt, et tagada suur mahutavus.
Suure mahutavusega aku ise peab olema varustatud suhteliselt täiusliku kaitsefunktsiooniga ning kaaluda tuleks ka kahte tüüpi trükkplaadi mooduleid: ProtecTIonBoardPCB moodul ja SmartBatteryGaugeBoard moodul.Kogu aku kaitse disain sisaldab: 1. taseme kaitse IC (vältida aku ülelaadimist, ülelaadimist, lühist), 2. taseme kaitse IC (vältida teist ülepinget), kaitset, LED indikaatorit, temperatuuri reguleerimist ja muid komponente.Mitmetasandilise kaitsemehhanismi korral saab sülearvuti aku isegi ebanormaalse toitelaadija ja sülearvuti korral lülitada ainult automaatse kaitse olekusse.Kui olukord pole tõsine, töötab see sageli normaalselt pärast ühendamist ja eemaldamist ilma plahvatuseta.
Sülearvutites ja mobiiltelefonides kasutatavates liitiumioonakudes kasutatav tehnoloogia ei ole ohutu ning kaaluda tuleb ohutumate struktuuride ehitamist.
Kokkuvõtteks võib öelda, et materjalitehnoloogia edenedes ja inimeste arusaamise süvenemisega liitiumioonakude projekteerimise, valmistamise, katsetamise ja kasutamise nõuetest muutub liitiumioonakude tulevik turvalisemaks.
Postitusaeg: märts 07-2022