Litiozko bateriak azken 20 urteotan gehien hazten diren bateria-sistema dira eta asko erabiltzen dira produktu elektronikoetan.Telefono mugikorren eta ordenagailu eramangarrien azken eztanda bateriaren eztanda bat da funtsean.Sakelako telefono eta ordenagailu eramangarrien bateriak nolakoak diren, nola funtzionatzen duten, zergatik lehertzen diren eta nola saihestu.
Bigarren mailako efektuak gertatzen hasten dira litio-zelula 4,2V baino tentsio handiagoarekin kargatzen denean.Gehiegizko presioa zenbat eta handiagoa izan, orduan eta arrisku handiagoa.4,2 V-tik gorako tentsioetan, litio-atomoen erdia baino gutxiago katodoaren materialean geratzen direnean, biltegiratze-zelula sarritan kolapsatzen da, bateriaren ahalmenaren beherakada iraunkorra eraginez.Kargak jarraitzen badu, ondorengo litio metalak pilatuko dira katodoaren materialaren gainazalean, katodoaren biltegiratze-zelula jada litio atomoz beteta baitago.Litio-atomo hauek kristal dendritikoak hazten dituzte katodoaren gainazaletik litio ioien norabidean.Litio-kristalak diafragma paperetik igaroko dira, anodoa eta katodoa laburtuz.Batzuetan, bateria lehertu egiten da zirkuitulaburra gertatu baino lehen.Gehiegizko karga-prozesuan zehar, elektrolitoak bezalako materialek pitzatzen dira eta bateriaren karkasa edo presio-balbula puztu eta lehertzea eragiten duten gasa sortzen dute, oxigenoa elektrodo negatiboaren gainazalean metatutako litio-atomoekin erreakzionatu eta lehertu ahal izateko.
Hori dela eta, litiozko bateria kargatzean, beharrezkoa da tentsioaren goiko muga ezarri, bateriaren iraupena, edukiera eta segurtasuna kontuan hartzeko.Kargatzeko tentsioaren goiko muga ideala 4,2 V-koa da.Litio-zelulak deskargatzen direnean tentsio-muga baxuagoa ere egon beharko litzateke.Zelula-tentsioa 2,4 V-tik behera jaisten denean, materialaren zati bat apurtzen hasten da.Eta bateria auto-deskargatuko denez, jarri zenbat eta luzeago tentsioa txikiagoa izango da, beraz, hobe da 2.4V ez deskargatzea gelditzeko.3.0V-tik 2.4V-ra, litiozko bateriek beren ahalmenaren % 3 inguru askatzen dute.Hori dela eta, 3.0V deskarga mozteko tentsio aproposa da.Kargatzean eta deskargatzean, tentsio-mugaz gain, korronte-muga ere beharrezkoa da.Korrontea altuegia denean, litio ioiak ez dute biltegiratze-zelulan sartzeko denborarik, materialaren gainazalean metatuko dira.
Ioi horiek elektroiak irabazten dituzten heinean, litio atomoak kristalizatzen dituzte materialaren gainazalean, eta hori gehiegizko karga bezain arriskutsua izan daiteke.Bateriaren kaxa hausten bada, lehertuko da.Hori dela eta, litio-ioizko bateriaren babesak karga-tentsioaren goiko muga, deskarga-tentsioaren beheko muga eta korrontearen goiko muga barne hartu behar ditu gutxienez.Oro har, litiozko bateriaren nukleoaz gain, babes-plaka bat egongo da, hau da, batez ere, hiru babes horiek emateko.Hala eta guztiz ere, hiru babes hauen babes-plaka, jakina, ez da nahikoa, litiozko bateriaren leherketa gertakari globalak edo maiz.Baterien sistemen segurtasuna bermatzeko, bateriaren leherketen zergatiaren analisi zehatzagoa behar da.
Leherketaren kausa:
1. Barne polarizazio handia;
2.Piezak ura xurgatzen du eta elektrolito gas-danborrarekin erreakzionatzen du;
3.Kalitatea eta elektrolitoaren beraren errendimendua;
4.Injekzio likidoaren zenbatekoak ezin ditu prozesuko baldintzak bete;
5. Laser soldadura zigiluaren errendimendua eskasa da prestatzeko prozesuan, eta aire-ihesak hautematen dira.
6. Hautsa eta polo-pieza hautsa errazak dira mikrozirkuitu laburrak eragiteko lehenik;
7.Positiboa eta negatiboa plaka prozesu-barrutia baino lodiagoa, zaila da shell;
8. Injekzio likidoaren zigilatzeko arazoa, altzairuzko bolaren zigilatzeko errendimendu eskasak gas-danborra dakar;
9.Shell sarrerako materiala shell horma lodiegia da, shell deformazioak lodiera eragiten du;
10. Kanpoko giro-tenperatura altua ere leherketaren kausa nagusia da.
Leherketa mota
Eztanda motaren analisia Bateriaren nukleoaren leherketa motak kanpo zirkuitu laburrak, barne zirkuitu laburrak eta gainkarga gisa sailka daitezke.Kanpokoak hemen zelularen kanpoaldeari egiten dio erreferentzia, barneko bateria-paketearen isolamendu-diseinu txarrak eragindako zirkuitu laburra barne.Zirkuitu labur bat zelulatik kanpo gertatzen denean eta osagai elektronikoek begizta mozten ez dutenean, zelulak bero handia sortuko du barruan, eta elektrolitoaren zati bat lurrundu egingo da, bateriaren oskola.Bateriaren barne-tenperatura 135 gradu Celsius-era altua denean, kalitate oneko diafragma-paperak zulo fina itxiko du, erreakzio elektrokimikoa amaitu edo ia amaitzen da, korrontea murgiltzen da eta tenperatura ere poliki-poliki jaisten da, horrela leherketa saihestuz. .Baina itxiera-abiadura eskasa duen diafragma-paper batek, edo batere ixten ez den batek, bateria bero mantenduko du, elektrolito gehiago lurrunduko du eta, azkenean, bateriaren karkasa lehertuko du, edo bateriaren tenperatura igoko du materiala erretzen den punturaino. eta eztanda egiten du.Barne-zirkuitu laburra diafragma zulatzen duten kobre-paperaren eta aluminio-paperen errebak edo diafragma zulatzen duten litio-atomoen kristal dendritikoek eragiten dute.
Orratz itxurako metal txiki hauek mikrozirkuitu laburrak sor ditzakete.Orratza oso mehea denez eta erresistentzia-balio jakin bat duenez, korrontea ez da zertan oso handia izan.Kobrezko aluminio-paperaren errebak ekoizpen-prozesuan sortzen dira.Behatutako fenomenoa bateria azkarregi isurtzen dela da, eta horietako gehienak zelula-fabrikek edo muntaketa-plantek babestu ditzakete.Eta errebak txikiak direnez, batzuetan erre egiten dira, bateria normaltasunera itzuliz.Hori dela eta, burr mikro zirkuitu laburrak eragindako leherketa probabilitatea ez da handia.Ikuspegi hori, askotan zelula-fabrika bakoitzaren barrutik kargatu daiteke, bateria txarra baxuaren tentsioa, baina gutxitan eztanda, laguntza estatistikoa lortu.Hori dela eta, barne-zirkuitu laburrak eragindako leherketa gainkargak eragiten du batez ere.Gehiegizko kargatutako atzeko elektrodo-orrian orratz-itxurako kristalak daudenez edonon daudenez, zulaketa-puntuak nonahi daude eta mikro-zirkuitu laburrak nonahi gertatzen dira.Hori dela eta, zelulen tenperatura pixkanaka igoko da, eta, azkenik, tenperatura altuak gas elektrolitoa egingo du.Egoera hau, tenperatura altuegia den materialaren errekuntzaren leherketa egiteko, edo oskola lehen aldiz hautsi zen, airea eta litio metalezko oxidazio gogorra izan daitezen, leherketaren amaiera dira.
Baina halako leherketa bat, gainkargak eragindako barne-zirkuitu labur batek eragindakoa, ez da zertan kargatzeko unean gertatzen.Baliteke kontsumitzaileek kargatzeari utzi eta telefonoak ateratzea bateria nahikoa berotu baino lehen materialak erretzeko eta bateriaren karkasa lehertzeko adina gas ekoizteko.Zirkuitu labur ugarik sortzen duten beroak bateria berotzen du poliki-poliki eta, denboraren buruan, lehertu egiten da.Kontsumitzaileen deskribapen arrunta da telefonoa hartu eta bero handia zegoela ikusi zutela, gero bota egin eta eztanda egin zutela.Goiko leherketa-motetan oinarrituta, gainkargaren prebentzioan, kanpoko zirkuitu laburren prebentzioan eta zelularen segurtasuna hobetzen zentratu gaitezke.Horien artean, gainkargaren eta kanpoko zirkuitu laburren prebentzioa babes elektronikoari dagokio, eta hori asko lotuta dago bateria-sistemaren eta bateria-paketearen diseinuarekin.Zelula-segurtasunaren hobekuntzaren funtsezko puntua babes kimikoa eta mekanikoa da, eta horrek harreman handia dauka zelula-ekoizleekin.
Ezkutuko arazo seguruak
Litio-ioizko bateriaren segurtasuna zelula-materialaren izaerarekin ez ezik, bateriaren prestaketa-teknologiarekin eta erabilerarekin ere lotuta dago.Telefono mugikorren bateriak maiz lehertzen dira, alde batetik, babes-zirkuituaren hutsegiteagatik, baina are garrantzitsuagoa dena, alderdi materialak ez du funtsean arazoa konpondu.
Kobalto azidoa litio katodoaren material aktiboa oso sistema heldua da bateria txikietan, baina karga osoa egin ondoren, oraindik litio ioi asko daude anodoan, gainkargatzen denean, litio ioiaren anodoan gelditzea espero da anodora joatea. , dendrita katodoan eratzen da kobalto azidoa litiozko bateriaren gainkargaren korolarioa erabiltzen ari da, nahiz eta karga eta deskarga prozesu arruntean, elektrodo negatiboan doan gehiegizko litio ioiak ere egon daitezke dendritak sortzeko.Litio kobalato materialaren energia espezifikoa 270 mah/g baino gehiago da, baina benetako ahalmena bere txirrindularitza errendimendua bermatzeko gaitasun teorikoaren erdia baino ez da.Erabilera prozesuan, arrazoiren batengatik (esaterako, kudeaketa sisteman kalteak) eta bateria kargatzeko tentsioa altuegia dela eta, elektrodo positiboan dagoen litioaren gainerako zatia kenduko da, elektrolitoaren bidez elektrodo negatiboko gainazaleraino. litio metalezko deposizio forma dendritak eratzeko.Dendritek diafragma zulatzen dute, barne zirkuitu labur bat sortuz.
Elektrolitoaren osagai nagusia karbonatoa da, distira-puntu baxua eta irakite-puntu baxua duena.Baldintza jakin batzuetan erre edo eztanda egingo du.Bateria gehiegi berotzen bada, elektrolitoaren karbonatoa oxidatzea eta murriztea ekarriko du, gas asko eta bero gehiago sortuz.Segurtasun balbularik ez badago edo gasa segurtasun balbulatik askatzen ez bada, bateriaren barne-presioa nabarmen igoko da eta leherketa eragingo du.
Polimero elektrolito litio ioi bateriak ez du segurtasun arazoa konpontzen funtsean, litio kobalto azidoa eta elektrolito organikoa ere erabiltzen dira, eta elektrolitoa koloidala da, ez da erraza isurtzen, errekuntza bortitzagoa gertatuko da, errekuntza polimeroen bateriaren segurtasunaren arazo handiena da.
Bateriaren erabilerarekin ere arazo batzuk daude.Kanpoko edo barneko zirkuitu labur batek ehunka ampereko gehiegizko korronte sor dezake.Kanpoko zirkuitu labur bat gertatzen denean, bateriak berehala deskargatzen du korronte handi bat, energia kopuru handia kontsumituz eta barne-erresistentzian bero handia sortuz.Barne-zirkuitu laburrak korronte handia sortzen du, eta tenperatura igotzen da, diafragma urtu eta zirkuitu laburren eremua zabaltzen delarik, horrela gurpil zoro bat osatuz.
Litio-ioizko bateria zelula bakar bat lortzeko 3 ~ 4.2V lan-tentsio altua lortzeko, tentsioaren deskonposizioa 2V elektrolito organikoa baino handiagoa izan behar du, eta elektrolito organikoaren erabilera korronte handiko, tenperatura altuko baldintzetan elektrolizatuko da, elektrolitikoa. gas, barne-presioa handitu ondorioz, larriak shell bidez hautsi.
Gehiegizko kargak litio metala hauspea dezake, shell hausturaren kasuan, airearekin zuzeneko kontaktua, errekuntzaren ondorioz, aldi berean pizteko elektrolitoa, sugar indartsua, gasaren hedapen azkarra, leherketa.
Gainera, telefono mugikorren litio-ioizko bateriarentzat, erabilera desegokia dela eta, hala nola, estrusioa, inpaktua eta ura hartzeak bateriaren hedapena, deformazioa eta pitzadura, etab., bateriaren zirkuitu laburra ekarriko du, deskarga edo karga prozesuan. bero-leherketaren bidez.
Litiozko baterien segurtasuna:
Erabilera desegokiak eragindako gehiegizko deskarga edo gainkarga saihesteko, babes hirukoitza mekanismoa litio ioi bakarreko baterian ezartzen da.Bata elementu aldagarrien erabilera da, bateriaren tenperatura igotzen denean, bere erresistentzia igoko da, tenperatura altuegia denean, elikadura hornidura automatikoki geldituko da;Bigarrena partizio-material egokia aukeratzea da, tenperatura balio jakin batera igotzen denean, partizioaren mikra-poroak automatikoki desegingo dira, litio ioiak ezin izan daitezen pasa, bateriaren barne-erreakzioa gelditzen da;Hirugarrena segurtasun-balbula ezartzea da (hau da, bateriaren goiko aldean dagoen aire-zuloa).Bateriaren barne-presioa balio jakin batera igotzen denean, segurtasun-balbula automatikoki irekiko da bateriaren segurtasuna bermatzeko.
Batzuetan, bateriak berak segurtasun-kontrol-neurriak dituen arren, baina kontrol-hutsegiteak eragindako arrazoi batzuengatik, segurtasun-balbularen edo gasaren faltak ez du segurtasun-balbularen bidez askatzeko astirik, bateriaren barne-presioa nabarmen igoko da eta eragingo du. leherketa bat.Orokorrean, litio-ioizko baterietan biltegiratutako energia osoa haien segurtasunarekiko alderantziz proportzionala da.Bateriaren ahalmena handitzen den heinean, bateriaren bolumena ere handitu egiten da, eta beroa xahutzeko errendimendua hondatzen da eta istripuak izateko aukera asko handituko da.Telefono mugikorretan erabiltzen diren litio-ioizko bateriei dagokienez, oinarrizko baldintza da segurtasun-istripuen probabilitatea milioi bat baino txikiagoa izatea, eta hori baita publikoarentzat onar daitekeen gutxieneko estandarra.Edukiera handiko litio-ioizko piletarako, batez ere automobiletarako, oso garrantzitsua da behartutako beroa xahutzea hartzea.
Elektrodo-material seguruagoen aukeraketa, litio manganeso oxidoaren materiala, egitura molekularrari dagokionez, karga-egoeran, elektrodo positiboko litio-ioiak karbono-zulo negatiboan guztiz txertatu direla ziurtatzeko, funtsean dendritaen sorrera ekiditeko.Aldi berean, litio manganeso azidoaren egitura egonkorra, bere oxidazio errendimendua litio kobalto azidoa baino askoz txikiagoa izan dadin, litio kobalto azidoaren deskonposizio-tenperatura 100 ℃ baino gehiago, kanpoko kanpo-zirkuitu laburra delako (needling), kanpokoa. Zirkuitulaburrak, gainkargatzeak, litio metalezko prezipitatuak eragindako errekuntza eta leherketa arriskua guztiz saihestu dezakete.
Horrez gain, litio manganato materiala erabiltzeak kostua asko murrizten du.
Lehendik dagoen segurtasun-kontroleko teknologiaren errendimendua hobetzeko, lehenik eta behin litio-ioizko bateriaren nukleoaren segurtasun-errendimendua hobetu behar dugu, eta hori bereziki garrantzitsua da edukiera handiko baterien kasuan.Aukeratu itxiera termikoko errendimendu ona duen diafragma bat.Diafragmaren eginkizuna bateriaren polo positiboak eta negatiboak isolatzea da, litio ioiak igarotzen uzten dituen bitartean.Tenperatura igotzen denean, mintza ixten da urtu baino lehen, barne-erresistentzia 2.000 ohm-ra igoz eta barne-erreakzioa itzaliz.Barne-presioa edo tenperatura aurrez ezarritako estandarrera iristen denean, leherketa-frogaren balbula irekiko da eta presioa arintzen hasiko da, barne-gasaren gehiegizko metaketa, deformazioa eta, azkenean, oskola lehertzea ekiditeko.Hobetu kontrol-sentsibilitatea, hautatu kontrol-parametro sentikorragoak eta hartu hainbat parametroren kontrol konbinatua (bereziki garrantzitsua da kapazitate handiko piletarako).Edukiera handiko litio-ioizko bateria paketea serie/paraleloko zelula anitzeko konposizioa da, hala nola, ordenagailu eramangarriaren tentsioa 10V baino gehiagokoa da, edukiera handia, oro har, 3 eta 4 bateria bakarreko serie erabiliz tentsio baldintzak bete ditzake, eta, ondoren, 2 eta 3 serie. bateria pakete paraleloa, ahalmen handia bermatzeko.
Edukiera handiko bateria-paketeak babes-funtzio nahiko perfektu batekin hornitu behar du, eta zirkuitu plakako bi modulu mota ere kontuan hartu behar dira: ProtecTIonBoardPCB modulua eta SmartBatteryGaugeBoard modulua.Bateria babesteko diseinu osoak honako hauek ditu: 1. mailako babesa IC (bateria gainkarga, gaindeskarga, zirkuitu laburra saihestea), 2. maila babesa IC (bigarren gaintentsioa saihestea), fusiblea, LED adierazlea, tenperatura erregulatzea eta beste osagai batzuk.Maila anitzeko babes-mekanismoaren arabera, potentzia-kargagailu eta ordenagailu eramangarri anormalaren kasuan ere, ordenagailu eramangarriaren bateria babes automatikoko egoerara bakarrik alda daiteke.Egoera larria ez bada, normalean funtzionatzen du lehertu gabe entxufatu eta kendu ondoren.
Ordenagailu eramangarrietan eta telefono mugikorretan erabiltzen diren litio-ioizko baterietan erabiltzen den azpiko teknologia ez da segurua, eta egitura seguruagoak kontuan hartu behar dira.
Amaitzeko, materialen teknologiaren aurrerapenarekin eta jendeak litio ioizko baterien diseinu, fabrikazio, proba eta erabileraren eskakizunen ulermena sakonduz, litio ioizko baterien etorkizuna seguruagoa izango da.
Argitalpenaren ordua: 2022-07-07