Lityum-iyon pil özellikleri
Lityum, kimyasal döngü tablosundaki en küçük ve en canlı metaldir. Küçük hacimli ve çok yüksek hacim yoğunluğu, tüketiciler ve mühendisler arasında oldukça popülerdir. Ancak kimyasal özellikleri çok canlıdır, son derece yüksek risk getirir. Lityum metali havaya maruz kaldığında oksijenle birlikte yoğun oksidasyon ve patlama meydana getirir. Güvenlik ve voltajı artırmak için bilim adamları, lityum atomlarını depolamak için grafit ve lityum kobaltat gibi malzemeler icat ettiler. Bu malzemelerin moleküler yapısı, lityum atomlarını depolamak için kullanılabilecek küçük bir depolama kafesi oluşturur. Bu sayede pil kabuğu kırılsa ve oksijen içeri girse bile oksijen, oksijen moleküllerinin bu küçük depolama hücrelerine giremeyecek kadar büyük olduğundan, lityum atomları oksijenle temas etmemekte ve patlamayı önlemektedir. Lityum iyon pillerin bu ilkesi, insanların yüksek kapasite yoğunluğunu elde ederken güvenlik amaçlarına ulaşmasını sağlar.
Lityum iyon pil şarj edildiğinde, pozitif lityum atomları elektronlarını kaybeder ve lityum iyonlarına oksitlenir. Lityum iyonları elektrolit yoluyla negatif elektrota doğru yüzer, negatif elektrotun depolama kafesine girer ve lityum atomlarına indirgenmiş bir elektron elde eder. Taburcu olduktan sonra, tüm prosedür baş aşağı döner. Artı ve eksi kutuplar arasında kısa devre olmasını önlemek için, kısa devreyi önlemek için çok sayıda ince delikli bir diyafram kağıdı. İyi diyafram kağıdı, pil sıcaklığı çok yüksek olduğunda ince deliği otomatik olarak kapatabilir, böylece lityum iyonları geçemez, dövüş sanatlarını boşa harcar, tehlikeyi önler.
Koruyucu önlemler
Lityum pil hücreleri, 3,7V'nin üzerindeki bir voltaja aşırı şarj edildikten sonra yan etkilere sahip olmaya başlayabilir. aşırı şarj voltajı ne kadar yüksek olursa, risk o kadar yüksek olur. Lityum voltajı 3,7V'den yüksek olduğunda, depolama kafesi genellikle çöktüğünde ve pil kapasitesinde kalıcı bir düşüşe neden olduğunda, katot malzemesindeki lityum atomlarının sayısı katot malzemesinin yarısından azdır. Şarj işlemi devam ederse, negatif depolama kafesi zaten lityum atomlarıyla dolu olduğundan sonraki lityum metali negatif malzemenin yüzeyinde birikecektir. Bu lityum atomları, negatif yüzeyden lityum iyonlarının yönüne doğru dal kristalleşmesini büyütür. Bu lityum metal kristalleri, pozitif ve negatif kutupları kısa devre yapmak için diyafram kağıdından geçer. Bazen pil kısa devreden önce patlar, çünkü aşırı şarj işleminde elektrolit ve diğer malzemeler gazı kırarak pil kabuğunun veya basınç valfinin şişmesine neden olarak oksijenin negatif yüzeyde biriken lityum atomları ile reaksiyona girmesine neden olur ve sonra patlamak. Bu nedenle, lityum pil şarj olurken, pilin ömrünü, kapasitesini ve güvenliğini aynı anda hesaba katmak için voltaj sınırını ayarlamalıyız. 3.6V ideal şarj voltajı üst sınırı.
Ayrıca lityum pil deşarjı için bir düşük voltaj sınırı olmalıdır. Hücre voltajı 2V'un altına düştüğünde malzemenin bir kısmı bozulmaya başlar. Ve pil kendi kendine deşarj olacağından, pil ne kadar uzun süre şarj olmazsa, pil voltajı o kadar düşük olacaktır. bu nedenle hücre voltunu 2V'a boşaltmamak en iyisidir. 3.0V ile 2.8V arasında lityum pil deşarj kapasitesi, pil kapasitesinin sadece yaklaşık %3'ü kadardır. Bu nedenle, 3.0V ideal bir deşarj kesme voltajıdır.
Şarj ve deşarj işleminde akım limiti de gereklidir. Akım çok büyük olduğunda, lityum iyonları depolama alanına girmek için çok geç olur ve malzemenin yüzeyinde toplanır. Bu lityum iyonları, aşırı şarjda olduğu gibi, malzemenin yüzeyinde lityum atomik kristalizasyon üreterek elektronlar elde ederek tehlikeli hale gelir. Pil kabuğunun kırılması durumunda patlar.
Bu nedenle, lityum iyon pilin korunması en az üç yönü içerir: şarj voltajı sınırı, deşarj voltajı sınırı ve akım sınırı. Genellikle, lityum pil paketinde, lityum hücreye ek olarak, bir Pil Yönetim Sistemi (BMS) olacaktır, BMS esas olarak bu üç korumayı sağlayan cihazdır. Ancak pil yönetim sisteminin yeterli olmadığı aşikar. Dünyanın her yerinde lityum pil patlamalarının yaşandığını gördük. Pil sisteminin güvenliğini sağlamak için aşağıda pil patlamasının nedeninin daha dikkatli bir analizi bulunmaktadır:
Pil patlama nedenleri:
1: daha büyük Hücre iç polarizasyonu!
2: Polar plaka suyu emer ve elektrolit ile reaksiyona girer.
3: Elektrolitin kendisinin kalite ve performans sorunları.
4: Sıvı enjeksiyon miktarı proses gereksinimlerini karşılamıyor.
5: Montaj işlemi, hava kaçağı ve kaçak ölçümü sırasında lazer kaynağının düşük sızdırmazlık performansı.
6: Toz, polar tozun mikro kısa devreye yol açması ilk önce kolaydır, özel nedeni bilinmemektedir.
7: Pozitif ve negatif elektrot levhası, işlem aralığından daha kalındır ve kabuğa girmek zordur.
8: Enjeksiyon sızdırmazlık sorunu ve çelik boncukların zayıf sızdırmazlık performansı gaz tamburuna yol açar.
9: Kabuk malzemesi kalın kabuk duvarıdır ve kabuk deformasyonu kalınlığı etkiler.
analiz
Lityum pil patlamasının nedenleri şu şekilde özetlenebilir:harici kısa devre, idahili kısa devre,veaşırı şarj. Buradaki dış kısım, pil takımının zayıf yalıtım tasarımının neden olduğu kısa devre de dahil olmak üzere hücrenin dışını ifade eder.
Dışarıda bir kısa devre meydana geldiğinde, pil ve elektronik cihazlar devreyi kesemediğinde, hücrenin içinde yüksek ısı meydana gelir, bu da bir miktar elektrolitin buharlaşmasına ve pil kabuğunu geniş tutmasına neden olur. Pilin iç sıcaklığı 135 santigrat dereceye yükseldiğinde, kaliteli diyafram kağıdı ince deliği kapatacak, elektrokimyasal reaksiyon sona erecek veya neredeyse sona erecek, akım keskin bir şekilde düşecek ve sıcaklık yavaşça düşecek, böylece patlamayı önleyecektir. Bununla birlikte, ince delik kapatma hızı çok zayıf veya hiç kapanmayan diyafram kağıdı, pil sıcaklığının yükselmeye devam etmesine, daha fazla elektrolit buharlaşmasına ve sonunda pil kabuğunu kırmasına ve hatta pil sıcaklığını yükseltmesine neden olacaktır. malzeme yanar ve patlar.
Dahili kısa devreye esas olarak bakır folyo ve alüminyum folyonun çapaklanması veya lityum atomlarının bükülme benzeri kristalleşmesi neden olur. Bu küçük iğne benzeri metaller mikro kısa devreye neden olabilir. İğne belirli bir dirençle çok ince olduğu için akım çok büyük olmayacaktır. Üretim sürecinde bakır ve alüminyum folyo çapakları meydana gelir, gözlemlenen olgu, pil sızıntısının çok hızlı olmasıdır, çoğu ana fabrika veya montaj tesisi tarafından taranabilir. Ayrıca, küçük çapaklar küçüktür, bazen yanarak pili normale döndürür. Bu nedenle çapak mikro kısa devreden kaynaklanan patlama olasılığı yüksek değildir.
tüm lityum iyon hücre fabrikaları, kısa bir süre sonra şarj edildikten sonra düşük volta gidecek bazı kötü kaliteli piller bulacaktır, ancak istatistiksel verilere atıfta bulunulan birkaç patlama. Bu nedenle, dahili kısa devrenin neden olduğu patlama, esas olarak aşırı şarjdan kaynaklanır. Aşırı şarjlı kutup plakası iğne lityum metal kristalizasyonu ile dolu olduğundan, delinme noktaları her yerdedir ve bu da mikro kısa devreye neden olur. Bu nedenle, pil sıcaklığı yavaş yavaş yükselecek ve sonunda yüksek sıcaklık elektrolit gazına neden olacaktır. Süreçte, yüksek sıcaklık malzemenin yanmasını patlatır veya önce kabuk kırılırsa, patlamaya yol açacak olan havanın içeri girmesine ve lityum metalinin şiddetli oksidasyonuna izin verecektir.
Ancak dahili bir kısa devrenin neden olduğu patlama, şarj sırasında meydana gelmedi. Bunun nedeni, pil sıcaklığının malzemenin yanmasına neden olacak kadar yüksek olmaması veya üretilen gazın pil kabuğunu kırmaya yetmemesi nedeniyle kullanıcı şarjı durdurur. Bu sırada birçok mikro kısa devre tarafından üretilen ısı yavaş yavaş pil sıcaklığını arttırdı, bir süre sonra patlama meydana geldi.
Yukarıdaki patlama türlerine göre,torfanteknik ekip, aşırı şarjın korunmasına, harici kısa devre önlemeye ve hücrenin güvenliğini patlamayı kanıtlamak için geliştirmeye odaklanır. Bunların arasında, aşırı şarj koruması ve harici kısa devre önleme, pil sisteminin tasarımı ve pil takımı kurulumu ile büyük ölçüde ilgili olan elektronik korumaya aittir. Hücre güvenliği iyileştirmesinin odak noktası, pil hücresi üreticileriyle büyük ölçüde ilgili olan kimyasal ve mekanik korumadır.
Tasarım Spesifikasyonu
Torphan akü yönetim sistemi, şarj cihazı ve akü paketi dahil olmak üzere sırasıyla aşırı şarj, aşırı deşarj ve aşırı akım için iki güvenlik koruması sağlayabilir. Torphan şarj cihazı AC'yi DC'ye çevirir ve DC'nin maksimum akımını ve maksimum voltajını sınırlar. Pil paketi koruması iki parça içerir --- pil yönetim sistemi ve pil hücresi. İlk koruma için, pil yönetim sistemi şarj cihazıyla iletişim kurabilir, şarj cihazına göre akış sınırlama ve şarj sinyallerini durdurma gibi tavsiyeler gönderir. toplanan pil bilgilerine. Şarj cihazı sinyali aldığında, şarj cihazı otomatik olarak şarj akımını düşürür veya şarjı durdurur. Şarj cihazı akü yönetim sistemi ile iletişim kuramadığında, akü yönetim sistemi akü paketi içindeki rölenin bağlantısını kesecek ve ikinci koruma olan tüm şarj devresini kesecektir. Bu, bir devre arızalansa bile akünün çalışmadığı anlamına gelir. aşırı ücretli ve tehlikeli olmak.
Kısacası, akü sistem tasarımı sırasında elektronik koruma, aşırı şarj, aşırı deşarj ve aşırı akım için ilk korumadır. Pil Yönetim sistemi ikinci korumadır.
Yukarıdaki yöntemler iki koruma sağlasa da, bazen tüketiciler, şarj cihazı bozulduğunda pilleri şarj etmek için genellikle orijinal olmayan bir şarj cihazı satın alırlar, bu nedenle düşük kaliteli bir şarj cihazı veya pil yönetimi ile iletişim kuramayan bir şarj cihazı satın alabilirler. Bu, ilk korumanın kaybolmasına yol açacaktır. Aşırı şarj, pil patlamasında en önemli faktördür, bu nedenle düşük şarj cihazları pil patlamasının suçlusu olarak adlandırılabilir.
Son savunma hattı
Elektronik koruma başarısız olursa, son savunma hattı hücre tarafından sağlanacaktır. Hücrenin güvenlik seviyesi, hücrenin harici kısa devre ve aşırı şarj ile ayrılıp ayrılmamasına bağlı olarak biraz farklı olabilir. Çünkü pil patlamadan önce lityum atomları malzemenin yüzeyinde içeride birikir. Ayrıca, aşırı şarjın korunması genellikle tüketicilerin daha düşük kaliteli bir şarj cihazı kullanması ve yalnızca bir savunma hattına sahip olması nedeniyledir, bu nedenle hücre aşırı şarj direnci, harici kısa devreye direnme yeteneğinden daha önemlidir.
