Ejemplo de seguridad, medidas de protección de baterías de iones de litio y motivos de explosión

著者：Iflowpower – Nhà cung cấp trạm điện di động

La batería basada en litio es el sistema de batería más rápido de los últimos 20 años y actualmente se utiliza ampliamente en productos electrónicos. Los últimos teléfonos móviles, la explosión de los ordenadores portátiles, esencialmente la explosión de la batería. ¿Qué tipo de baterías de teléfonos móviles y portátiles funcionan, cómo funcionan, por qué explotan y cómo prevenirlas?

Una vez que el núcleo de la batería de iones de litio se carga a un voltaje superior a 4,2 V, comenzará a aparecer. La presión de sobrecarga es alta y el peligro también es mayor.

Después de que el voltaje de la batería de litio es superior a 4,2 V, la cantidad restante de átomos de litio en el material del electrodo positivo es menos de la mitad y el engranaje de almacenamiento a menudo caerá, por lo que la capacidad de la batería tiene una disminución permanente. Si continúa cargándose, dado que el depósito del electrodo negativo está lleno con un átomo de litio, el metal de litio subsiguiente se acumulará en la superficie del material negativo.

Estos átomos de litio se ramificarán por cristalización desde la dirección de la superficie negativa hasta el ion litio. Estos cristales de metal de litio pasarán a través del papel de diafragma para producir cortocircuitos positivos y negativos. A veces, la batería antes del cortocircuito explotará primero porque los materiales como el proceso de sobrecarga, el electrolito y otros materiales agrietarán el gas, de modo que la carcasa de la batería o la válvula de presión se rompe, permitiendo que el oxígeno ingrese a la reacción atómica de litio en la superficie negativa, A su vez explota.

Por lo tanto, cuando se carga la batería de iones de litio, se debe configurar para establecer el límite superior de voltaje para tener en cuenta simultáneamente la vida útil, la capacidad y la seguridad de la batería. El límite de voltaje de carga más deseable es 4,2 V.

Debe haber un límite de voltaje cuando la batería de litio está descargada. Algunos materiales se destruirán cuando el voltaje de la batería sea inferior a 2,4 V.

Además, debido a que la batería se autodescarga, cuanto más larga sea la tensión, menor será, por lo que es mejor no ponerla hasta 2,4 V cuando se descargue. La batería de iones de litio se descarga a partir de 3.

0 V a 2,4 V y la energía liberada solo representa aproximadamente el 3 % de la capacidad de la batería. Por lo tanto, 3.

0 V es un voltaje de corte de descarga ideal. En el momento de la carga y descarga, además del límite de tensión, también es necesario el límite de corriente. Cuando la corriente es demasiado grande, el ion de litio no ingresa a la rejilla de almacenamiento, lo que se agregará en la superficie del material.

Después de que estos iones de litio se encuentran electrónicamente, se produce la cristalización atómica de litio en la superficie del material, lo que es lo mismo que una carga excesiva, que puede resultar peligrosa. En caso de agrietarse, explotará. Por lo tanto, la protección de las baterías de iones de litio debe incluir: el límite superior del voltaje de carga, el límite superior del voltaje de descarga y el límite superior de la corriente.

En general, además de la celda de batería de iones de litio, habrá una placa protectora, que es importante para proporcionar estas tres protecciones. Sin embargo, las tres protecciones del protector obviamente no son suficientes, y la explosión global de las baterías de iones de litio todavía es una biografía. Para garantizar la seguridad del sistema de batería, es necesario realizar un análisis más cuidadoso de la explosión de la batería.

Causas de explosión: 1, polarización interna; 2, absorción extrema de la cinta, tambor reactivo con el electrolito; 3, la calidad, problema de rendimiento del electrolito en sí; 5, el rendimiento de sellado de la soldadura láser en el proceso de ensamblaje es deficiente, fugas cuando se filtra la inmersión; 6, polvo, el polvo polar primero causa fácilmente un microcortocircuito; 7, los polos positivo y negativo son más gruesos que el rango del proceso, la carcasa es difícil; 8, nota Problema de sellado de líquido, el rendimiento de sellado de la bola de acero no es bueno para causar tambor de gas; 9, el material de la carcasa existe espesor, el espesor de la carcasa deformación; 10, la temperatura ambiente exterior también es una causa importante de explosión. El análisis del tipo de explosión del núcleo de la batería se puede resumir en cortocircuito externo, cortocircuito interno y tres tipos de carga. El sistema externo aquí se refiere al exterior de la batería, que incluye cortocircuitos causados ​​por un diseño de aislamiento deficiente en el paquete de baterías.

Cuando un cortocircuito está fuera de la celda de la batería, el componente electrónico no se corta y el interior de la celda de la batería tendrá mucho calor, lo que provocará una evaporación parcial del electrolito y sostendrá la carcasa de la batería. Cuando la temperatura interna de la batería es alta a 135 grados Celsius, la calidad del diafragma se cierra, la reacción electroquímica termina o está cerca de terminar, la corriente se desploma y la temperatura disminuye lentamente, lo que a su vez evita la explosión. Sin embargo, la tasa de cierre del orificio fino es demasiado pobre, o el orificio fino no cierra el papel del diafragma, que continuará subiendo, más electrolito y finalizará la carcasa de la batería e incluso aumentará la temperatura de la batería para hacer que la temperatura de la batería se dispare y explote.

El cortocircuito interno es importante porque la lámina de cobre tira de la membrana de la lámina de aluminio, o bien las ramas del átomo de litio desgastan el diafragma. Estas agujas finas pueden provocar microcortocircuitos. Como la aguja es muy fina, hay un cierto valor de resistencia, por lo tanto, la corriente no es necesariamente...

El pegamento de papel de aluminio y cobre es causado por el proceso de producción. Y como el fallo es pequeño, a veces se quemará, para que la batería vuelva a la normalidad. Por lo tanto, la probabilidad de explosión causada por rebabas no es alta.

De esta manera es posible disponer de una batería corta cargada internamente desde el interior de cada una de las celdas. Sin embargo, el evento de explosión ha ocurrido, pero ha sido respaldado estadísticamente. Por lo tanto, la explosión provocada por cortocircuitos internos es importante debido a la sobrecarga.

Porque es una cristalización de metal de litio en forma de aguja y es un microcortocircuito. Por lo tanto, la temperatura de la batería aumentará gradualmente y, finalmente, la temperatura alta del gas electrolítico. Esta situación, ya sea que sea demasiado alta para hacer que el material quemado explote, o la capa exterior se rompa primero, de modo que el aire invertido y el metal de litio, es la explosión.

Sin embargo, esta explosión causada por un cortocircuito interno excesivo no necesariamente ocurre en el momento de la carga. Es posible que la temperatura de la batería no sea alta para dejar que el material se queme. Cuando aparece el gas, el consumidor no es suficiente para romper la carcasa de la batería, el consumidor terminará la carga, y el teléfono móvil se apagará.

En este momento, el calor de muchos microcortocircuitos aumenta lentamente la temperatura de la batería y, después de un período de tiempo, solo explota. La descripción común del consumidor es levantar el teléfono y descubrir que está caliente y luego explotó. Algunos tipos de explosiones, podemos poner el enfoque a prueba de explosiones en la prevención, la prevención de cortocircuitos externos y mejorar la seguridad de la batería en tres aspectos.

Entre ellos, la prevención de sobrecarga y la prevención de cortocircuito externo pertenecen a la protección electrónica y tienen una gran relación con el diseño del sistema de batería y el paquete de baterías. El foco de la mejora de la seguridad eléctrica es la protección química y mecánica, que tiene una gran relación con el fabricante del núcleo de la batería. Los problemas de seguridad de las baterías de iones de litio peligrosas no solo están relacionados con la naturaleza de los materiales de la batería, sino también con la tecnología de preparación y el uso de las baterías.

La batería del teléfono móvil tiene frecuentes eventos de explosión, por un lado, debido al fallo del circuito de protección, pero más importante aún, no existe una solución fundamental para el material. El cobalto-cobaltato de litio es un sistema muy maduro, pero una vez que se llena la carga, todavía queda una gran cantidad de iones de litio en el electrodo positivo. Cuando esté lleno, los iones de litio que queden en el electrodo positivo se dirigirán al electrodo negativo.

El electrodo negativo que forma la dendrura es un resultado inevitable de una batería inevitable con una batería de material de cobaltato de litio. Incluso en el proceso normal de carga y descarga, puede haber un exceso de iones de litio libres en el electrodo negativo para formar dendritas y el material de cobaltato de litio. La energía es más de 270 mA por gramo, pero para garantizar su rendimiento de ciclo, la capacidad de uso real es solo la mitad de la capacidad teórica.

Durante el uso, debido a alguna razón (como un daño en el sistema de gestión), el voltaje de carga de la batería es demasiado alto y una parte del litio que queda en el electrodo positivo hará que el electrolito se deposite en forma de litio metálico en forma de metal. La pasta dendrítica pega el diafragma para formar un cortocircuito interno. El componente importante del electrolito es el carbonato, el punto de inflamación es muy bajo, el punto de ebullición también es bajo y se quemará o explotará en determinadas condiciones.

Si hay un sobrecalentamiento de la batería, puede provocar que los carbonatos en el electrolito se oxiden y restauren, hay una gran cantidad de gas y más calor, como la falta de válvula de seguridad o el gas no se libera a través de la válvula de seguridad, la presión de la batería aumentará bruscamente y provocará una explosión. La batería de iones de litio con electrolito de polímero no resuelve fundamentalmente los problemas de seguridad, y el cobaltato de litio y el electrolito orgánico, y el electrolito es un gel, no es fácil que tenga fugas y se producirá una combustión más violenta, la combustión es el mejor problema de seguridad de la batería de polímero. También hay algunos problemas en el uso y se producirá un cortocircuito o un cortocircuito interno en la batería.

La batería de tiempo de cortocircuito externo descarga la corriente instantánea, consume mucha energía en el bloque interno, se calienta mucho. El cortocircuito interno genera una gran corriente y el aumento de temperatura provoca la fusión y la zona de cortocircuito se expande, lo que a su vez forma un círculo vicioso. La batería de iones de litio tiene un alto voltaje de funcionamiento de 3 a 4.

2 V a una sola batería. Es necesario tomar una solución anterior que tenga un voltaje de descomposición mayor a 2 V, y un electrolito orgánico será electrolito bajo alta corriente y alta temperatura, y se generará un gas. Esto produce una presión interna elevada que puede llegar a romper gravemente la carcasa.

La sobrecarga puede precipitar el metal de litio, en el caso de agrietamiento en la carcasa, contacto directo con el aire, lo que resulta en combustión e incorporar electrolito, una llama fuerte, expansión rápida, explosión. Además, existe un cortocircuito en la batería debido a un uso inadecuado, como compresión, impacto y agua, etc., que puede provocar un cortocircuito en la batería o una reacción exotérmica en el proceso de descarga o carga.

Seguridad de las baterías de iones de litio: para evitar que la batería se descargue o sobrecargue demasiado debido a un uso inadecuado, se proporciona un mecanismo de triple protección en una batería de iones de litio monómero. En primer lugar se utiliza el elemento de conmutación. Cuando la temperatura en la batería aumenta, su resistencia aumenta, cuando la temperatura es demasiado alta, la energía se detiene automáticamente; el segundo es seleccionar el material de partición apropiado, cuando la temperatura sube a un valor cierto, el micrófono del micrófono en la partición se disolverá automáticamente, de modo que el ion de litio no pueda pasar, la reacción interna se detiene; el tercero es proporcionar una válvula de seguridad (es decir, la presión interna de la batería aumenta a un valor cierto, la válvula de seguridad se abre automáticamente para garantizar la seguridad de la batería.

A veces, aunque la batería en sí tiene medidas de control de seguridad, debido a algunas razones que provocan la falla, la falta de válvulas de seguridad o el gas no es el siguiente a través de la liberación de la válvula de seguridad, el compresor en la batería aumentará bruscamente y provocará una explosión. En general, la energía total y la seguridad de la batería de iones de litio son inversamente proporcionales: con la nueva capacidad de la batería, el volumen de la batería también aumenta, su rendimiento de disipación de calor se deteriora y la posibilidad de accidentes aumentará significativamente. En cuanto a las baterías de iones de litio para teléfonos móviles, los requisitos básicos son la probabilidad de accidentes de seguridad, que también es un estándar mínimo que el público puede aceptar.

En las baterías de iones de litio de gran capacidad, especialmente en automóviles, etc., la disipación de calor forzada es especialmente importante. Elija un material de electrodo más seguro, seleccione el material de manganato de litio y asegúrese de que el ion de litio del electrodo positivo esté completamente incrustado en la apertura de carbono del electrodo negativo en el estado de máxima potencia.

Al mismo tiempo, existe una estructura sólida de manganato de litio, por lo que sus propiedades oxidativas son mucho más bajas que las del cobaltato de litio, y la temperatura de descomposición supera los 100 ° C del cobaltato de litio, incluso debido al cortocircuito interno (acupuntura), cortocircuito externo, cuando está completamente cargado, es totalmente capaz de prevenir el riesgo de quemaduras, explosión debido al litio metálico precipitado. Además, el material de manganato de litio también se puede reducir en gran medida. Mejorar el rendimiento de la tecnología de control de seguridad existente, primero mejorar el rendimiento de seguridad de los núcleos de batería de iones de litio, esto es especialmente importante para las baterías de gran capacidad.

Seleccionando un diafragma con un buen rendimiento de apagado térmico, el uso del diafragma es pasar por el electrodo positivo y negativo de la batería, permitiendo el paso de iones de litio. Cuando la temperatura aumenta, se cierra antes de que se funda el diafragma, aumentando así la resistencia interna a 2000 ohmios, de modo que se detiene la reacción interna. Cuando la presión o temperatura interna alcanza los criterios preestablecidos, la válvula a prueba de explosiones se abrirá, comenzará a realizar una presión y el gas interno está demasiado cansado, la deformación, eventualmente hace que la carcasa explote.

Mejore la sensibilidad del control, seleccione parámetros de control más sensibles y control conjunto con múltiples parámetros (esto es especialmente importante para baterías de gran capacidad). En cuanto a la batería de iones de litio de gran capacidad, es una cadena / enlace en paralelo, como la computadora portátil que tiene un voltaje de 10 V, la capacidad es grande y los requisitos de voltaje se pueden satisfacer con 3 a 4 celdas unitarias, y luego 2 ~ 3 series de paquetes de baterías son paralelos para garantizar una gran capacidad. El propio paquete de baterías de gran capacidad debe establecer una protección más completa, pero también debe considerar dos módulos de placa de circuito: el módulo de placa de circuito de protección y el módulo SmartBatteryGaugeboard.

El conjunto completo de protección de la batería incluye: IC de protección de nivel 1 (que evita sobrecarga de la batería, sobrepresión y cortocircuito), IC de protección de nivel 2 (que evita un segundo sobrebloqueo), fusible, indicación LED y ajuste de temperatura. Bajo el mecanismo de protección de múltiples niveles, incluso en el caso de una anomalía en el cargador de energía, la computadora portátil tiene una anomalía, la batería de la computadora portátil solo se puede convertir a protección automática, si la situación no es grave, a menudo funciona correctamente después de volver a enchufarla, sin explosión. .