วิเคราะห์สาเหตุเปลือกถังแบตเตอรี่และการระเบิด

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - პორტატული ელექტროსადგურის მიმწოდებელი

ลิเธียมเป็นโลหะที่มีกิจกรรมน้อยที่สุดและมากที่สุดในตารางวงจรเคมี ขนาดเล็ก ความหนาแน่นความจุสูง เป็นที่นิยมในหมู่ผู้บริโภคและวิศวกร อย่างไรก็ตามคุณสมบัติทางเคมีมีความมีชีวิตชีวาเกินไป จึงก่อให้เกิดอันตรายได้สูงมาก

เมื่อโลหะลิเธียมสัมผัสกับอากาศ มันจะระเบิดด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันรุนแรงกับออกซิเจน เพื่อปรับปรุงความปลอดภัยและแรงดันไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์ได้ประดิษฐ์วัสดุเช่นกราไฟท์และลิเธียมโคบอลต์เตตเพื่อจัดเก็บอะตอมลิเธียม โครงสร้างโมเลกุลของวัสดุเหล่านี้สร้างโครงตาข่ายจัดเก็บขนาดเล็กในระดับนาโนเมตริก ซึ่งสามารถนำไปใช้จัดเก็บอะตอมลิเธียมได้

ด้วยวิธีนี้ แม้ว่าตัวเรือนแบตเตอรี่จะแตก ก็ยังมีออกซิเจนเข้าไป และโมเลกุลออกซิเจนจะไม่ใหญ่เกินไป และกริดจัดเก็บขนาดเล็กเหล่านี้ไม่สามารถสัมผัสกับออกซิเจนได้ เพื่อป้องกันการระเบิด หลักการของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำให้ผู้คนได้รับความปลอดภัยพร้อมทั้งยังได้รับความหนาแน่นความจุสูงอีกด้วย เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกชาร์จ อะตอมลิเธียมของขั้วบวกจะสูญเสียอิเล็กตรอน ซึ่งถูกออกซิไดซ์เป็นไอออนลิเธียม

ไอออนลิเธียมจะไปที่ขั้วลบผ่านของเหลวอิเล็กโทรไลต์ เข้าสู่แหล่งกักเก็บขั้วลบ และรับอิเล็กตรอน ทำให้อะตอมลิเธียมลดลง เมื่อปลดประจำการโปรแกรมทั้งหมดก็ล่ม เพื่อป้องกันขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่จะเพิ่มกระดาษไดอะแฟรมที่มีรูเล็ก ๆ จำนวนมากเพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

กระดาษไดอะแฟรมที่ดีสามารถปิดรูละเอียดได้โดยอัตโนมัติเมื่ออุณหภูมิของแบตเตอรี่สูงเกินไป ทำให้ไอออนลิเธียมไม่สามารถผ่านเข้าไปได้ เพื่อป้องกันอันตราย แกนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะเริ่มต้นด้วยการเชื่อมต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 4.2V

แรงดันชาร์จเกินสูง และมีความอันตรายสูงขึ้นเช่นกัน หลังจากแรงดันไฟแบตเตอรี่ลิเธียมสูงกว่า 4.2V จำนวนอะตอมลิเธียมที่เหลืออยู่ในวัสดุอิเล็กโทรดบวกจะมีน้อยกว่าครึ่งหนึ่ง และอุปกรณ์จัดเก็บมักจะลดลง ทำให้ความจุของแบตเตอรี่ลดลงอย่างถาวร

หากยังคงชาร์จต่อไป เนื่องจากแหล่งเก็บประจุของขั้วลบเต็มไปด้วยอะตอมลิเธียม โลหะลิเธียมที่ตามมาจะสะสมอยู่บนพื้นผิวของวัสดุขั้วลบ อะตอมลิเธียมเหล่านี้จะตกผลึกแบบแตกแขนงจากทิศทางของพื้นผิวด้านลบไปยังไอออนลิเธียม ผลึกโลหะลิเธียมเหล่านี้จะผ่านกระดาษไดอะแฟรมเพื่อสร้างไฟฟ้าลัดวงจรบวกและลบ

บางครั้งแบตเตอรี่จะระเบิดก่อนเกิดไฟฟ้าลัดวงจรเนื่องจากวัสดุต่างๆ เช่น กระบวนการชาร์จเกิน อิเล็กโทรไลต์ และวัสดุอื่นๆ จะทำให้แก๊สแตก ทำให้ตัวเรือนแบตเตอรี่หรือวาล์วควบคุมแรงดันแตก ส่งผลให้ออกซิเจนเข้าไปในปฏิกิริยาอะตอมลิเธียมที่พื้นผิวลบ และระเบิดในที่สุด ดังนั้น เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน จะต้องตั้งค่าขีดจำกัดบนของแรงดันไฟฟ้าให้คำนึงถึงอายุการใช้งาน ความจุ และความปลอดภัยของแบตเตอรี่ในเวลาเดียวกัน ขีดจำกัดแรงดันไฟชาร์จที่ต้องการที่สุดคือ 4

2V. จะต้องมีการจำกัดแรงดันไฟฟ้าเมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมหมดประจุ วัสดุบางชนิดจะถูกทำลายเมื่อแรงดันไฟแบตเตอรี่ต่ำกว่า 2

4V. นอกจากนี้ เนื่องจากแบตเตอรี่จะมีการคายประจุเอง ยิ่งแรงดันไฟฟ้ายาวนานขึ้นเท่าใด แรงดันไฟก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่ควรใส่ไว้จนกว่าจะเหลือ 2.4V เมื่อคายประจุแล้ว

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะปล่อยประจุจาก 3.0V ถึง 2.4V และพลังงานที่ถูกปล่อยออกมามีเพียงประมาณ 3% ของความจุของแบตเตอรี่เท่านั้น

ดังนั้น 3.0V จึงเป็นแรงดันตัดการคายประจุที่เหมาะสม ในเวลาของการชาร์จและการปล่อยประจุ นอกเหนือจากขีดจำกัดแรงดันไฟแล้ว ขีดจำกัดของกระแสไฟฟ้าก็มีความจำเป็นเช่นกัน

เมื่อกระแสไฟสูงเกินไป ลิเธียมไอออนจะไม่เข้าสู่กริดจัดเก็บพลังงาน ซึ่งจะรวมตัวกันบนพื้นผิวของวัสดุ หลังจากที่ไอออนลิเธียมเหล่านี้กลายเป็นอิเล็กทรอนิกส์แล้ว การตกผลึกอะตอมของลิเธียมก็จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุ ซึ่งก็เหมือนกับประจุที่มากเกินไป ซึ่งอาจก่อให้เกิดอันตรายได้ ถ้าเกิดแตกก็ระเบิดได้

ดังนั้นการป้องกันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงควรคำนึงถึง: ขีดจำกัดบนของแรงดันการชาร์จ ขีดจำกัดแรงดันการปล่อย และขีดจำกัดบนของกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไป นอกเหนือจากเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแล้ว ยังจะมีแผ่นป้องกันด้วย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการจ่ายการป้องกันทั้งสามอย่างนี้ อย่างไรก็ตาม การป้องกันสามชั้นของตัวป้องกันนั้นเห็นได้ชัดว่าไม่เพียงพอ และการระเบิดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วโลกก็ยังคงเป็นเรื่องราวในอดีต

เพื่อให้แน่ใจถึงความปลอดภัยของระบบแบตเตอรี่ คุณต้องวิเคราะห์การระเบิดของแบตเตอรี่อย่างรอบคอบมากขึ้น แบตเตอรี่ระเบิดทำให้เกิด 1. โพลาไรเซชั่นภายในมีขนาดใหญ่!

3. ปัญหาด้านคุณภาพและประสิทธิภาพของตัวอิเล็กโทรไลต์เอง 4. จำนวนเงินที่ต้องชำระไม่ครบตามกระบวนการ 5 การเชื่อมเลเซอร์ในกระบวนการประกอบไม่ดี เกิดการรั่วซึม ทดสอบการรั่วซึม

6. ฝุ่นละออง ฝุ่นที่เป็นฟิล์มมากอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรได้ง่าย โดยไม่ทราบสาเหตุที่ชัดเจน 7 แผ่นบวกและลบมีความหนา กระบวนการมีความหนา และยากที่จะเข้าสู่เปลือก 8 ปัญหาของหัวนม ประสิทธิภาพการปิดผนึกลูกเหล็กไม่ดี

9. วัสดุของตัวเรือนมีผนังเปลือกหนา ทำให้ตัวเรือนมีความหนาผิดรูป ประเภทของการวิเคราะห์การระเบิดของแกนแบตเตอรี่สามารถสรุปได้เป็น ไฟฟ้าลัดวงจรภายนอก ไฟฟ้าลัดวงจรภายใน และการชาร์จมากเกินไป ระบบภายนอกในที่นี้หมายถึงภายนอกของแบตเตอรี่ ซึ่งรวมถึงไฟฟ้าลัดวงจรที่เกิดจากการออกแบบฉนวนที่ไม่ดีในชุดแบตเตอรี่

เมื่อมีไฟฟ้าลัดวงจรภายนอกเซลล์แบตเตอรี่ ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์จะไม่ถูกตัดขาด และภายในเซลล์แบตเตอรี่จะมีความร้อนสูง ส่งผลให้ของเหลวอิเล็กโทรไลต์บางส่วนระเหยออกมาและช่วยพยุงเปลือกแบตเตอรี่ไว้ เมื่ออุณหภูมิภายในแบตเตอรี่สูงถึง 135 องศาเซลเซียส คุณภาพของไดอะแฟรมจะปิดลง ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าจะยุติลงหรือใกล้จะยุติ กระแสไฟจะลดต่ำลง และอุณหภูมิจะลดลงอย่างช้าๆ ซึ่งจะช่วยป้องกันการระเบิดได้ อย่างไรก็ตาม อัตราการปิดรูละเอียดนั้นไม่ดีเกินไป หรือรูละเอียดไม่สามารถปิดกระดาษไดอะแฟรม ซึ่งจะยังคงมีอิเล็กโทรไลต์เพิ่มขึ้นและทำให้ตัวเรือนแบตเตอรี่เสร็จสมบูรณ์ และอาจเพิ่มอุณหภูมิของแบตเตอรี่จนทำให้วัสดุที่มีอุณหภูมิแบตเตอรี่ไหม้และระเบิดได้

ไฟฟ้าลัดวงจรภายในมีความสำคัญเนื่องจากแผ่นทองแดงกำลังดึงเมมเบรนของแผ่นอลูมิเนียม หรือกิ่งก้านของอะตอมลิเธียมสึกหรอไดอะแฟรม เข็มขนาดเล็กเหล่านี้อาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรได้ เนื่องจากเข็มมีขนาดเล็กมาก จึงมีค่าความต้านทานอยู่บ้าง จึงไม่จำเป็นต้องใช้กระแส

กาวฟอยล์ทองแดงอลูมิเนียมเกิดจากกระบวนการผลิต นอกจากนี้ เนื่องจากความผิดพลาดมีขนาดเล็ก บางครั้งอาจเกิดการไหม้ได้ ทำให้แบตเตอรี่กลับมาเป็นปกติ ดังนั้น โอกาสเกิดการระเบิดจากเศษเสี้ยนจึงไม่สูง

ด้วยวิธีนี้ จึงสามารถมีแบตเตอรี่สั้นๆ ที่ชาร์จจากภายในเซลล์แต่ละเซลล์ได้ อย่างไรก็ตาม เหตุการณ์ระเบิดดังกล่าวได้เกิดขึ้นแล้ว แต่ได้รับการสนับสนุนทางสถิติ ดังนั้นการระเบิดที่เกิดจากการลัดวงจรภายในจึงมีความสำคัญเนื่องจากการชาร์จไฟเกิน

เนื่องจากเป็นการตกผลึกของโลหะลิเธียมที่มีรูปร่างเหมือนเข็ม และมันเป็นไมโครชอร์ตเซอร์กิต ดังนั้นอุณหภูมิของแบตเตอรี่จะค่อยๆ เพิ่มขึ้น และในที่สุดอุณหภูมิสูงจะทำให้เกิดก๊าซอิเล็กโทรไลต์ สถานการณ์นี้ไม่ว่าจะสูงเกินไปจนทำให้วัสดุไหม้ระเบิดหรือเปลือกนอกแตกก่อนจึงทำให้มีอากาศเข้าไปและโลหะลิเธียมก็เกิดการระเบิดได้

อย่างไรก็ตาม การระเบิดที่เกิดจากไฟฟ้าลัดวงจรภายในมากเกินไปนี้ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นในขณะที่ชาร์จ เป็นไปได้ว่าอุณหภูมิของแบตเตอรี่ไม่สูงพอที่จะทำให้สารไหม้ได้ เมื่อเกิดแก๊สขึ้น ผู้บริโภคก็ไม่สามารถทำลายตัวเรือนแบตเตอรี่ได้ ผู้บริโภคจึงทำการยุติการชาร์จและโทรศัพท์มือถือก็ออกไป

ในเวลานี้ความร้อนจากไฟฟ้าลัดวงจรจำนวนมากทำให้อุณหภูมิของแบตเตอรี่ค่อยๆ เพิ่มขึ้น หลังจากระยะเวลาหนึ่ง จะเป็นเพียงการระเบิดเท่านั้น คำอธิบายทั่วไปของผู้บริโภคคือ การหยิบโทรศัพท์ขึ้นมาแล้วพบว่าโทรศัพท์ร้อน และแล้วก็ระเบิด การระเบิดบางประเภท เราสามารถเน้นการป้องกันการระเบิดโดยการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรจากภายนอก และปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่สามประการ

ในจำนวนนี้ การป้องกันการทำงานเกินกำลังและการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรภายนอกจัดอยู่ในประเภทการป้องกันอิเล็กทรอนิกส์ และมีความสัมพันธ์อย่างมากกับการออกแบบระบบแบตเตอรี่และชุดแบตเตอรี่ จุดเน้นของการปรับปรุงความปลอดภัยของไฟฟ้าคือการป้องกันทางเคมีและกลไก ซึ่งมีความสัมพันธ์อย่างมากกับผู้ผลิตแบตเตอรี่หลัก มาตรฐานการออกแบบมีโทรศัพท์มือถือนับร้อยล้านเครื่อง และอัตราความล้มเหลวของการป้องกันความปลอดภัยจะต้องน้อยกว่า 100 ล้านเครื่อง

เนื่องจากอัตราความล้มเหลวของแผงวงจรโดยทั่วไปจะสูงกว่าหนึ่งร้อยล้านครั้งมาก ดังนั้นเมื่อออกแบบระบบแบตเตอรี่จึงต้องมีเส้นความปลอดภัยสองเส้น การออกแบบข้อผิดพลาดที่พบบ่อยคือการชาร์จแบตเตอรี่โดยตรงด้วยเครื่องชาร์จ (อะแดปเตอร์)

การกระทำดังกล่าวจะชาร์จการป้องกันเกินระดับการป้องกันและจัดการแผ่นป้องกันบนชุดแบตเตอรี่อย่างสมบูรณ์ แม้ว่าอัตราความล้มเหลวของตัวป้องกันจะไม่สูงนัก และอัตราความผิดพลาดจะต่ำ แต่โลกก็ยังคงเป็นอุบัติเหตุระเบิด หากระบบแบตเตอรี่สามารถจ่ายไฟป้องกันความปลอดภัยได้สองระบบ คือ กระแสเกิน ระบบจะจ่ายไฟเกิน และอัตราความล้มเหลวของการป้องกันแต่ละระบบคือ หากป้องกันได้หนึ่งในสิบ ป้องกันได้สองระบบ สามารถลดอัตราความล้มเหลวลงเหลือ 100 ล้านได้

ระบบการชาร์จแบตเตอรี่ทั่วไปมีดังต่อไปนี้ โดยรวมชิ้นส่วนเครื่องชาร์จและชุดแบตเตอรี่สองชิ้น เครื่องชาร์จยังประกอบด้วยสองส่วน: อะแดปเตอร์และตัวควบคุมการชาร์จ อะแดปเตอร์แปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง และตัวควบคุมการชาร์จจะจำกัดกระแสไฟฟ้าสูงสุดและแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของไฟฟ้ากระแสตรง

ชุดแบตเตอรี่ประกอบด้วยแผ่นป้องกันสองส่วนและแกนแบตเตอรี่และ PTC เพื่อจำกัดกระแสไฟสูงสุด โดยใช้เซลล์แบตเตอรี่เป็นตัวอย่าง ระบบป้องกันการโอเวอร์ชาร์ดถูกตั้งไว้ที่ 4

2V ใช้แรงดันไฟขาออกของเครื่องชาร์จเพื่อให้เกิดการป้องกันขั้นแรก ดังนั้นแบตเตอรี่จึงไม่พลิกคว่ำแม้ว่าแผงป้องกันบนชุดแบตเตอรี่จะก่อให้เกิดอันตรายก็ตาม การป้องกันประการที่สองคือฟังก์ชันการป้องกันด้านบนบนแผงวงจรป้องกัน โดยทั่วไปจะตั้งค่าไว้ที่ 4.3V

ด้วยวิธีนี้ แผงวงจรป้องกันจะไม่จำเป็นต้องรับผิดชอบในการตัดกระแสการชาร์จ แต่จะทำได้ก็ต่อเมื่อแรงดันไฟของเครื่องชาร์จสูงมากเท่านั้น การป้องกันกระแสเกินนั้นรับผิดชอบโดยแผงวงจรป้องกันและฟิล์มจำกัดกระแส ซึ่งเป็นการป้องกันสองชั้นเช่นกัน ช่วยป้องกันกระแสเกินและไฟฟ้าลัดวงจรภายนอก เนื่องจากการคายประจุมากเกินไปจะเกิดขึ้นในกระบวนการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น

ดังนั้นโดยทั่วไปจึงออกแบบแผงลวดของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ให้จ่ายการป้องกันก่อน และแผ่นป้องกันบนชุดแบตเตอรี่จะจ่ายการป้องกันครั้งที่สอง เมื่อผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ตรวจพบว่าแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 3.0V ผลิตภัณฑ์ควรจะปิดระบบโดยอัตโนมัติ

หากไม่ได้ออกแบบคุณสมบัตินี้ แผงวงจรป้องกันจะปิดวงจรปล่อยประจุเมื่อแรงดันไฟฟ้าต่ำถึง 2.4V โดยสรุป เมื่อระบบแบตเตอรี่ได้รับการออกแบบ จะต้องจัดให้มีระบบป้องกันอิเล็กทรอนิกส์สองประเภทเพื่อชาร์จเกิน เกิน และกระแสเกิน

ในจำนวนนั้น แผงป้องกันถือเป็นส่วนป้องกันลำดับที่สอง ให้ถอดตัวป้องกันออก หากแบตเตอรี่จะระเบิด แสดงว่าออกแบบไม่ดี แม้ว่าวิธีการข้างต้นจะให้การป้องกันสองประการ เนื่องจากผู้บริโภคมักจะซื้อเครื่องชาร์จที่ไม่ใช่ของแท้เพื่อชาร์จ และอุตสาหกรรมเครื่องชาร์จมักจะพิจารณาจากต้นทุนโดยเลือกใช้ตัวควบคุมการชาร์จเพื่อลดต้นทุน

ส่งผลให้มีเครื่องชาร์จคุณภาพต่ำจำนวนมากในตลาด ซึ่งทำให้การป้องกันการชาร์จเต็มสูญเสียวิธีแรกซึ่งเป็นแนวป้องกันที่สำคัญที่สุดเช่นกัน และการชาร์จมากเกินไปถือเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดที่ทำให้แบตเตอรี่ระเบิด

จึงสามารถเรียกได้ว่าเครื่องชาร์จคุณภาพต่ำเป็นตัวการที่ทำให้เกิดการระเบิดของแบตเตอรี่ได้ แน่นอนว่าระบบแบตเตอรี่ไม่ใช่ทั้งหมดจะใช้วิธีการดังที่อธิบายไว้ข้างต้น ในบางกรณีจะมีการออกแบบตัวควบคุมการชาร์จในชุดแบตเตอรี่ด้วย

เช่น แท่งแบตเตอรี่ของโน้ตบุ๊กหลายๆ เครื่องก็มีตัวควบคุมการชาร์จอยู่ด้วย เนื่องจากโดยทั่วไปโน้ตบุ๊กจะมีตัวควบคุมการชาร์จในคอมพิวเตอร์ แต่ให้เฉพาะอะแดปเตอร์กับผู้บริโภคเท่านั้น ดังนั้นชุดแบตเตอรี่สำรองของคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊กจะต้องมีตัวควบคุมการชาร์จเพื่อให้แน่ใจว่าชุดแบตเตอรี่ภายนอกจะปลอดภัยเมื่อชาร์จอะแดปเตอร์

นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์จะชาร์จโดยใช้ที่จุดบุหรี่ในรถยนต์ และบางครั้งตัวควบคุมการชาร์จก็ทำภายในชุดแบตเตอรี่ด้วย แนวป้องกันสุดท้าย หากมาตรการป้องกันทางอิเล็กทรอนิกส์ล้มเหลว แนวป้องกันสุดท้ายจะมาจากแบตเตอรี่ ระดับความปลอดภัยของแบตเตอรี่อาจขึ้นอยู่กับว่าแบตเตอรี่สามารถผ่านไฟฟ้าลัดวงจรภายนอกและการชาร์จไฟเกินได้หรือไม่

เนื่องจากการระเบิดของแบตเตอรี่ หากมีอะตอมลิเธียมอยู่ภายใน พลังการระเบิดก็จะเพิ่มมากขึ้น นอกจากนี้ การป้องกันการชาร์จไฟเกินมักมีเพียงแนวป้องกันที่ทำได้โดยผู้บริโภคเท่านั้น ดังนั้น ความสามารถในการป้องกันการชาร์จไฟเกินของแบตเตอรี่จึงมีความสำคัญมากกว่าการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรภายนอก