Lityum batareýalary soňky 20 ýylda iň çalt ösýän batareýa ulgamy bolup, elektron önümlerinde giňden ulanylýar. Mobileakynda jübi telefonlarynyň we noutbuklaryň partlamasy esasan batareýanyň partlamasydyr. Jübi telefony we noutbuk batareýalary nähili görünýär, nähili işleýär, näme üçin ýarylýar we olardan nädip gaça durmaly.
Ters täsirleri, litiý öýjügi 4.2V-den ýokary naprýa .eniýe güýçlendirilende ýüze çykyp başlaýar. Artykmaç basyş näçe ýokary bolsa, töwekgelçilik şonça-da ýokarydyr. 4.2V-den ýokary naprýa .eniýede, katod materialynda litiý atomlarynyň ýarysyndan azy galanda, saklaýyş öýjügi köplenç ýykylýar we batareýanyň kuwwatynyň hemişelik peselmegine sebäp bolýar. Eger zarýad dowam etse, indiki litiý metallary katod materialynyň üstünde ýygnanar, sebäbi katodyň saklaýyş öýjügi eýýäm litiý atomlaryndan doly. Bu litiý atomlary katodyň üstünden litiý ionlarynyň ugry boýunça dendrit kristallaryny ösdürýär. Lityum kristallary anod we katody gysgaldyp, diafragma kagyzyndan geçer. Käwagt batareýa gysga zynjyr ýüze çykmanka ýarylýar. Sebäbi artykmaç zarýad beriş prosesinde, elektrolitler ýaly materiallar batareýanyň örtüginiň ýa-da basyş klapanynyň çişmegine we ýarylmagyna sebäp bolýan gaz öndürmek üçin ýarylýar, kislorod negatiw elektrodyň üstünde ýygnanan litiý atomlary bilen täsir edip, ýarylýar.
Şonuň üçin litiý batareýa zarýad berlende, batareýanyň ömrüni, kuwwatyny we howpsuzlygyny göz öňünde tutup, naprýa .eniýeniň ýokary çägini kesgitlemeli. Iň amatly zarýad naprýa .eniýesiniň ýokary çägi 4.2V. Şeýle hem litiý öýjükleri çykanda pes naprýa limiteniýe çäkleri bolmaly. Öýjük naprýa .eniýesi 2,4V-den aşak düşende, käbir materiallar dargap başlaýar. Batareýanyň öz-özünden zarýad berjekdigi sebäpli naprýa .eniýe näçe uzak bolsa, şonça-da durmak üçin 2.4V çykarmazlyk iň gowusydyr. 3.0V-den 2.4V-e çenli litiý batareýalary kuwwatynyň bary-ýogy 3% -ini çykarýar. Şonuň üçin 3.0V iň oňat zarýad kesiş naprýa .eniýesidir. Zarýad berlende we zarýad berlende naprýa limiteniýe çäginden başga-da häzirki çäk hem zerurdyr. Tok gaty ýokary bolanda, litiý ionlarynyň ammar öýjügine girmäge wagty ýok, materialyň üstünde ýygnanar.
Bu ionlar elektron gazanyp, aşa köp zarýad bermek ýaly howply bolup biljek materialyň üstünde litiý atomlaryny kristallaşdyrýarlar. Eger batareýa korpusy döwülse, ýarylar. Şonuň üçin litiý ion batareýasynyň goragy iň bolmanda zarýad naprýa .eniýesiniň ýokary çägini, zarýad naprýa .eniýesiniň aşaky çägini we tokyň ýokary çägini öz içine almalydyr. Umuman, litiý batareýasynyň ýadrosyndan başga-da, esasan, bu üç goragy üpjün etmek üçin gorag plastinkasy bolar. Şeýle-de bolsa, bu üç goragyň gorag plastinkasy ýeterlik däl, global litiý batareýasynyň partlama hadysalary ýa-da ýygy-ýygydan. Batareýa ulgamlarynyň howpsuzlygyny üpjün etmek üçin batareýanyň partlamasynyň sebäbini has seresaply seljermek zerurdyr.
Partlamanyň sebäbi:
1. Uly içerki polýarizasiýa;
2. Polýus bölegi suwy siňdirýär we elektrolit gaz deprek bilen reaksiýa berýär;
3. Elektrolitiň hili we öndürijiligi;
4. Suwuk sanjymyň mukdary amal talaplaryna laýyk gelmeýär;
5. Lazer kebşirleýji möhüriň taýýarlyk işinde pesligi we howanyň syzmagy ýüze çykarylýar.
6. Tozan we polýus bölek tozan, ilki bilen mikroşort zynjyryna sebäp bolýar;
7. Pozitiw we otrisatel plastinka, iş aralygyndan has galyň, gabyklamak kyn;
8. Suwuk sanjymyň möhürlenmegi, polat topuň möhürlenmezligi gaz deprekine sebäp bolýar;
9. Gelýän material gabygynyň diwary gaty galyň, gabygyň deformasiýasy galyňlyga täsir edýär;
10. Daşarky gurşawyň ýokary temperaturasy hem partlamanyň esasy sebäbidir.
Partlamanyň görnüşi
Partlama görnüşiniň derňewi Batareýanyň ýadrosynyň partlamasynyň görnüşlerini daşarky gysga utgaşma, içerki gysga utgaşma we artykmaç zarýad hökmünde toparlara bölmek mümkin. Bu ýerdäki daşarky, içerki batareýa paketiniň izolýasiýa dizaýnynyň pes bolmagy sebäpli dörän gysga zynjyry goşmak bilen öýjügiň daşyna degişlidir. Öýjügiň daşynda gysga zynjyr ýüze çyksa we elektron bölekleri aýlawy kesip bilmese, öýjük içerde ýokary ýylylyk döreder we elektrolitleriň bir böleginiň bugarmagyna, batareýanyň gabygyna sebäp bolar. Batareýanyň içki temperaturasy 135 dereje Selsiýa ýetende, oňat hilli diafragma kagyzy inçe deşigi ýapar, elektrokimiki reaksiýa ýatyrylar ýa-da tasdan ýapylýar, häzirki çökýär we temperatura hem haýal peselýär, şeýlelik bilen partlamanyň öňüni alýar. . Closöne ýapylma derejesi pes bolan ýa-da düýbünden ýapylmaýan diafragma kagyzy, batareýany ýyly saklar, has köp elektrolit bugar we netijede batareýanyň gapagyny ýaryp, hatda batareýanyň temperaturasyny material ýanýan derejä çenli ýokarlandyrar. we partlaýar. Içerki gysga zynjyr, esasan, mis folga we alýumin folga bilen diafragmany deşmekden ýa-da diafragmany deşýän litiý atomlarynyň dendrit kristallaryndan emele gelýär.
Bu kiçijik, iňňe meňzeş metallar mikroşort zynjyrlaryna sebäp bolup biler. Iňňe gaty inçe we belli bir garşylyk bahasyna eýe bolany üçin, tok hökman uly däl. Mis alýumin folgasynyň gabyklary önümçilik prosesinde ýüze çykýar. Syn edilen hadysa, batareýanyň gaty çalt syzmagy we olaryň köpüsini öýjükli zawodlar ýa-da gurnama zawodlary barlap biler. Gap-gaçlar kiçi bolansoň, käwagt ýanýar we batareýany kadaly ýagdaýa getirýär. Şonuň üçin burr mikro gysga utgaşmasy sebäpli partlama ähtimallygy ýokary däl. Şeýle görnüş, köplenç her öýjük zawodynyň içinden zarýad alyp biler, pes batareýadaky naprýa .eniýe, ýöne seýrek partlama, statistiki goldaw alýar. Şonuň üçin içerki gysga utgaşmanyň netijesinde ýüze çykan partlama, esasan, aşa köp zarýad bermekden döreýär. Artykmaç güýçlendirilen yzky elektrod listinde hemme ýerde iňňe meňzeş litiý metal kristallary barlygy sebäpli, deşik nokatlary hemme ýerde we mikro gysga zynjyr hemme ýerde ýüze çykýar. Şonuň üçin öýjügiň temperaturasy kem-kemden ýokarlanar we ahyrynda ýokary temperatura gazy elektrolit eder. Bu ýagdaý, material ýanmagy partlatmak üçin temperatura gaty ýokarymy ýa-da gabyk ilki döwüldi, şonuň üçin howa we litiý metal gazaply okislenme partlamanyň soňydyr.
Overöne aşa zarýad berilmegi sebäpli dörän içerki gysga utgaşma sebäpli ýüze çykan şeýle partlama, zarýad berlen wagty hökman ýüze çykmaýar. Sarp edijiler zarýad bermegi bes edip, batareýa materiallary ýakmak we batareýany örtmek üçin ýeterlik gaz öndürmek üçin batareýa gyzmazdan ozal telefonlaryny çykarmagy mümkin. Köp sanly gysga zynjyrlardan emele gelen ýylylyk batareýany ýuwaş-ýuwaşdan gyzdyrýar we birnäçe wagtdan soň partlaýar. Sarp edijileriň umumy düşündirişi, telefony alyp, yssydygyny görüp, soň zyňyp, partlady. Partlamanyň ýokardaky görnüşlerine esaslanyp, artykmaç zarýadyň öňüni almaga, daşarky gysga utgaşmanyň öňüni alyp we öýjügiň howpsuzlygyny ýokarlandyryp bileris. Şolaryň arasynda artykmaç zarýad bermegiň we daşarky gysga utgaşmanyň öňüni almak elektron goraga degişlidir, bu batareýa ulgamynyň we batareýa paketiniň dizaýny bilen ep-esli baglanyşyklydyr. Öýjük howpsuzlygyny gowulandyrmagyň esasy nokady, öýjük öndürijileri bilen gowy gatnaşygy bolan himiki we mehaniki goragdyr.
Ygtybarly kynçylyk
Lityum ion batareýasynyň howpsuzlygy diňe bir öýjük materialynyň tebigaty bilen däl, eýsem batareýany taýýarlamak tehnologiýasy we ulanylyşy bilen hem baglanyşyklydyr. Jübi telefonynyň batareýalary, bir tarapdan, gorag zynjyrynyň näsazlygy sebäpli ýygy-ýygydan partlaýar, has möhümi, maddy tarap meseläni düýpgöter çözmedi.
Kobalt kislotasy litiý katodyň işjeň materialy kiçi batareýalarda gaty kämillik ulgamy, ýöne doly zarýad alandan soň, anodda entek köp litiý ionlary bar, artykmaç zarýad berlende, litiý ionynyň anodynda galan anodyň gelmegine garaşylýar. Katod dendritinde emele gelýär, adaty zarýad we zarýad beriş prosesinde-de kobalt kislotasy litiý batareýasynyň aşa güýçli zarýadlary ulanylýar, dendritleri emele getirmek üçin negatiw elektroddan artykmaç litiý ionlary hem bolup biler. Lityum kobalat materialynyň nazary aýratyn energiýasy 270 mah / g-dan ýokary, ýöne hakyky kuwwaty welosiped sürmegini üpjün etmek üçin teoretiki kuwwatyň diňe ýarysydyr. Ulanyş prosesinde, käbir sebäplere görä (dolandyryş ulgamyna zeper ýetmegi ýaly) we batareýanyň zarýad naprýa .eniýesi gaty ýokary bolsa, polo positiveitel elektroddaky litiýiň galan bölegi elektrolitiň üsti bilen otrisatel elektrodyň üstüne çykarylar. dendritleri emele getirmek üçin litiý metal çöketliginiň görnüşi. Dendritler içerki gysga zynjyry döredip, diafragma Pirs.
Elektrolitiň esasy düzüm bölegi pes fleş nokady we pes gaýnadýan karbonatdyr. Belli bir şertlerde ýanar ýa-da ýarylar. Batareýa aşa gyzsa, elektrolitdäki karbonatyň okislenmegine we azalmagyna getirer, netijede köp gaz we ýylylyk bolar. Howpsuzlyk klapany ýok bolsa ýa-da howpsuzlyk klapan arkaly gaz çykarylmasa, batareýanyň içki basyşy birden ýokarlanar we partlama sebäp bolar.
Polimer elektrolit litiý ion batareýasy howpsuzlyk meselesini düýpgöter çözmeýär, litiý kobalt kislotasy we organiki elektrolit hem ulanylýar we elektrolit kolloiddir, syzmak aňsat däl, has güýçli ýanma ýüze çykar, ýanmak polimer batareýasynyň howpsuzlygynyň iň uly meselesidir.
Batareýany ulanmakda käbir problemalar hem bar. Daşarky ýa-da içerki gysga utgaşma birnäçe ýüz amper artykmaç tok öndürip biler. Daşarky gysga utgaşma ýüze çykanda, batareýa derrew uly tok çykarýar, köp mukdarda energiýa sarp edýär we içerki garşylyga uly ýylylyk berýär. Içki gysga utgaşma uly tok emele getirýär we temperatura ýokarlanýar, diafragmanyň eremegine we gysga utgaşmanyň giňelmegine sebäp bolýar we şeýlelik bilen aýylganç aýlaw döredýär.
Bir öýjük 3 ~ 4.2V ýokary iş naprýa .eniýesine ýetmek üçin litiý ion batareýasy, naprýa .eniýeniň dargamagyny 2V organiki elektrolitden köp bolmaly we ýokary tok, ýokary temperatura şertlerinde organiki elektrolitleriň ulanylmagy elektrolizlener, elektrolitik bolar içerki basyşyň ýokarlanmagyna sebäp bolan gaz, gabykdan çynlakaý döwüler.
Artykmaç zarýad, gabyň ýarylmagy, howa bilen göni aragatnaşygyň döremegine sebäp bolan litiý metalynyň çökmegine sebäp bolup biler, şol bir wagtyň özünde ýanmak, şol bir wagtyň özünde elektrolit, güýçli alaw, gazyň çalt giňelmegi, partlama bolup biler.
Mundan başga-da, jübi telefony üçin litiý ion akkumulýatory üçin, ekstruziýa, täsir we suwuň kabul edilmegi ýaly batareýanyň giňelmegine, deformasiýa we döwülmegine we ş.m. sebäpler, zarýad bermek ýa-da zarýad bermek prosesinde batareýanyň gysga utgaşmagyna sebäp bolar. ýylylyk partlamasy bilen.
Lityum batareýalarynyň howpsuzlygy:
Nädogry ulanylmagy sebäpli aşa köp zarýad bermekden ýa-da artykmaç zarýad bermezlik üçin, bir litiý ion batareýasynda üç gorag mehanizmi gurulýar. Biri kommutasiýa elementlerini ulanmak, batareýanyň temperaturasy ýokarlananda, garşylyk ýokarlanar, temperatura aşa ýokary bolanda elektrik üpjünçiligini awtomatiki togtadar; Ikinjisi, degişli bölek materialyny saýlamak, temperatura belli bir bahadan ýokarlananda, bölekdäki mikron gözenekleri awtomatiki erär, litiý ionlary geçip bilmez, batareýanyň içerki reaksiýasy durar; Üçünjisi, howpsuzlyk klapanyny (ýagny batareýanyň ýokarsyndaky deşik) gurmakdyr. Batareýanyň içki basyşy belli bir bahadan ýokarlananda, batareýanyň howpsuzlygyny üpjün etmek üçin howpsuzlyk klapany awtomatiki açylar.
Käwagt, batareýanyň özünde howpsuzlyk gözegçiligi çäreleri bar bolsa-da, dolandyryş näsazlygy sebäpli ýüze çykan käbir sebäpler sebäpli howpsuzlyk klapanynyň ýa-da gazyň ýoklugy, howpsuzlyk klapanyndan çykmaga wagt ýok, batareýanyň içki basyşy birden ýokarlanar we sebäp bolar partlama. Adatça, litiý-ion batareýalarynda saklanýan umumy energiýa, olaryň howpsuzlygyna ters proporsionaldyr. Batareýanyň kuwwaty artdygyça, batareýanyň göwrümi hem ýokarlanýar we ýylylygyň bölünip çykmagy erbetleşýär we heläkçilik ähtimallygy ep-esli ýokarlanar. Jübi telefonlarynda ulanylýan litiý-ion batareýalary üçin esasy talap, howpsuzlyk hadysalarynyň ähtimallygynyň millionda birden az bolmagydyr, bu hem halk üçin kabul ederlikli iň pes standartdyr. Uly göwrümli litiý-ion batareýalary üçin, esasanam awtoulaglar üçin, mejbury ýylylygyň ýaýramagyny kabul etmek gaty möhümdir.
Molekulýar gurluş taýdan has ygtybarly elektrod materiallaryny, litiý marganes oksidi materialyny saýlamak, doly zarýad ýagdaýynda polo positiveitel elektroddaky litiý ionlarynyň otrisatel uglerod çukuryna doly ornaşmagyny üpjün etmek, dendritleriň döremeginden düýbünden gaça durmak. Шул gysga utgaşma, artykmaç zarýad bermek, çökýän litiý metaldan döreýän ýanmak we partlama howpundan doly halas bolup biler.
Mundan başga-da, litiý marganat materialynyň ulanylmagy hem çykdajylary azaldyp biler.
Bar bolan howpsuzlygy gözegçilik tehnologiýasynyň öndürijiligini gowulandyrmak üçin ilki bilen uly göwrümli batareýalar üçin aýratyn möhüm bolan litiý ion batareýasynyň ýadrosynyň howpsuzlyk öndürijiligini ýokarlandyrmalydyrys. Gowy ýylylyk ýapylyşy bilen diafragma saýlaň. Diafragmanyň roly, litiý ionlarynyň geçmegine rugsat bermek bilen batareýanyň polo positiveitel we otrisatel polýuslaryny izolirlemekdir. Temperatura ýokarlananda, membrana eremezden öň ýapylýar, içki garşylygy 2000 ohma çenli ýokarlandyrýar we içki reaksiýany ýapýar. Içerki basyş ýa-da temperatura deslapky standartlara ýetende, partlama garşy klapan açylar we içerki gazyň aşa köp ýygnanmagynyň, deformasiýasynyň öňüni almak we basyşyň ýarylmagyna sebäp bolmak üçin basyşy ýeňilleşdirip başlar. Dolandyryş duýgurlygyny ýokarlandyryň, has duýgur dolandyryş parametrlerini saýlaň we köp parametrleriň bilelikde dolandyrylyşyny kabul ediň (bu uly göwrümli batareýalar üçin aýratyn möhümdir). Uly göwrümli litiý ion akkumulýator paketi, noutbuk kompýuter naprýa .eniýesi 10V-den ýokary, uly göwrümli, adatça 3-den 4-e çenli batareýa seriýasyny ulanmak naprýa requirementseniýe talaplaryna laýyk bolup biler, soň bolsa 2-den 3-e çenli seriýa / paralel köp öýjükli kompozisiýa. uly kuwwatyny üpjün etmek üçin batareýa paketi paralel.
Capacityokary kuwwatly batareýa paketiniň özi birneme ajaýyp gorag funksiýasy bilen enjamlaşdyrylan bolmaly we iki görnüşli zynjyr moduly hem göz öňünde tutulmalydyr: ProtecTIonBoardPCB moduly we SmartBatteryGaugeBoard moduly. Batareýany goramagyň ähli dizaýny şulary öz içine alýar: 1-nji derejeli gorag IC (batareýanyň aşa köp zarýad berilmeginiň öňüni almak), 2-nji derejeli gorag IC (ikinji woltyň öňüni almak), predohranitel, LED görkezijisi, temperaturany sazlamak we beýleki komponentler. Köp derejeli gorag mehanizmine laýyklykda, adaty güýç güýçlendiriji we noutbuk ýagdaýynda-da, noutbuk batareýasyny diňe awtomatiki gorag ýagdaýyna geçirip bolýar. Seriousagdaý çynlakaý däl bolsa, köplenç birikdirilenden we partlamadan aýrylandan soň kadaly işleýär.
Noutbuklarda we jübi telefonlarynda ulanylýan litiý-ion batareýalarynda ulanylýan esasy tehnologiýa howpsuz däl we has ygtybarly gurluşlar göz öňünde tutulmalydyr.
Sözümiň ahyrynda, material tehnologiýasynyň ösmegi we adamlaryň litiý ion batareýalaryny dizaýn etmek, öndürmek, synagdan geçirmek we ulanmak baradaky talaplara düşünmeginiň çuňlaşmagy bilen litiý ion batareýalarynyň geljegi has ygtybarly bolar.
Iş wagty: 07-nji mart -2022