Warum explodiert ein Lithium-Ionen-Akku?

Eigenschaften des Lithium-Ionen-Akkus

Lithium ist das kleinste und lebendigste Metall auf der Tabelle der chemischen Zyklen. Kleines Volumen und so hohe Volumendichte, es ist bei Verbrauchern und Ingenieuren weit verbreitet. Aber die chemischen Eigenschaften sind zu lebhaft, sie bringen ein extrem hohes Risiko mit sich. Lithiummetall, wenn es Luft ausgesetzt wird, erzeugt mit Sauerstoff eine intensive Oxidation und Explosion. Um die Sicherheit und Spannung zu verbessern, haben Wissenschaftler Materialien wie Graphit und Lithiumcobaltat erfunden, um Lithiumatome zu speichern. Die molekulare Struktur dieser Materialien bildet ein kleines Speichergitter, das zur Speicherung von Lithiumatomen genutzt werden kann. Auf diese Weise ist der Sauerstoff, selbst wenn die Batteriehülle bricht und Sauerstoff eindringt, zu groß für Sauerstoffmoleküle, um in diese kleinen Speicherzellen einzudringen, sodass Lithiumatome nicht mit Sauerstoff in Kontakt kommen und eine Explosion vermieden wird. Dieses Prinzip von Lithium-Ionen-Batterien ermöglicht es dem Menschen, Sicherheitszwecke zu erfüllen und gleichzeitig seine hohe Kapazitätsdichte zu erhalten.

Beim Laden der Lithium-Ionen-Batterie verlieren die positiven Lithium-Atome ihre Elektronen und oxidieren zu Lithium-Ionen. Lithiumionen schwimmen durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode, treten in das Speichergitter der negativen Elektrode ein und erhalten ein zu Lithiumatomen reduziertes Elektron. Bei der Entlassung stellt sich die ganze Prozedur auf den Kopf. Um einen Kurzschluss zwischen Plus- und Minuspol zu verhindern, dient ein Membranpapier mit vielen dünnen Löchern, um den Kurzschluss zu verhindern. Gutes Membranpapier kann das feine Loch auch automatisch verschließen, wenn die Batterietemperatur zu hoch ist, damit Lithium-Ionen nicht durchtreten können, um den Kampfsport zu verschwenden, um Gefahren zu vermeiden.

Schutzmaßnahmen

Lithiumbatteriezellen können Nebenwirkungen haben, nachdem sie auf eine Spannung über 3,7 V überladen wurden. Je höher die Überladespannung, desto höher das Risiko. Nachdem die Lithiumspannung höher als 3,7 V ist, beträgt die Anzahl der Lithiumatome im Kathodenmaterial weniger als die Hälfte des Kathodenmaterials, wenn das Speichergitter oft zusammenbricht, was zu einem dauerhaften Abfall der Batteriekapazität führt. Bei fortgesetzter Aufladung lagert sich das nachfolgende Lithiummetall an der Oberfläche des negativen Materials an, da das negative Speichergitter bereits mit Lithiumatomen gefüllt ist. Diese Lithiumatome verzweigen Kristallisation von der negativen Oberfläche in Richtung der Lithiumionen. Diese Lithiummetallkristalle passieren das Diaphragmapapier, um die positiven und negativen Pole kurzzuschließen. Manchmal explodiert die Batterie vor dem Kurzschluss, weil Elektrolyt und andere Materialien beim Überladen das Gas brechen, wodurch das Batteriegehäuse oder das Druckventil bricht, wodurch Sauerstoff mit Lithiumatomen reagiert, die sich auf der negativen Oberfläche angesammelt haben, und dann explodieren. Daher müssen wir beim Laden von Lithiumbatterien die Spannungsgrenze einstellen, um gleichzeitig die Lebensdauer, Kapazität und Sicherheit der Batterie zu berücksichtigen. Ideale Ladespannungsobergrenze von 3,6 V.

Es sollte auch eine niedrige Spannungsgrenze für die Entladung der Lithiumbatterie geben. Wenn die Zellspannung weniger als 2 V beträgt, beginnt ein Teil des Materials zerstört zu werden. Und da sich die Batterie selbst entlädt, wird die Batteriespannung niedriger, je länger die Batterie nicht geladen wird. Daher ist es am besten, die Zellenspannung nicht auf 2 V zu entladen. Die Entladekapazität von Lithiumbatterien von 3,0 V bis 2,8 V beträgt nur etwa 3% der Batteriekapazität. Somit ist 3,0 V eine ideale Entladeschlussspannung.

Im Lade- und Entladevorgang ist auch die Strombegrenzung notwendig. Ist der Strom zu groß, gelangen die Lithiumionen zu spät in den Speicherraum und sammeln sich an der Materialoberfläche an. Diese Lithiumionen erhalten Elektronen, wodurch eine atomare Lithiumkristallisation auf der Oberfläche des Materials erzeugt wird, wie bei einer Überladung, die gefährlich ist. Falls das Batteriegehäuse zerbricht, explodiert es.

Daher umfasst der Schutz von Lithium-Ionen-Batterien mindestens drei Aspekte: Ladespannungsgrenze, Entladespannungsgrenze und Stromgrenze. Im Allgemeinen befindet sich im Lithium-Batteriepack zusätzlich zur Lithiumzelle ein Batteriemanagementsystem (BMS). Das Batteriemanagementsystem reicht jedoch offensichtlich nicht aus. Wir haben gesehen, dass es weltweit häufig zu Explosionen von Lithiumbatterien kommt. Um die Sicherheit des Batteriesystems zu gewährleisten, wird nachfolgend die Ursache der Batterieexplosion genauer analysiert:

Gründe für eine Batterieexplosion:

1: größere Zellinterne Polarisation!

2: Polarplatte nimmt Wasser auf und reagiert mit dem Elektrolyten.

3: Die Qualitäts- und Leistungsprobleme des Elektrolyten selbst.

4: Die Flüssigkeitseinspritzmenge entspricht nicht den Prozessanforderungen.

5: Schlechte Dichtleistung des Laserschweißens während des Montageprozesses, Luftleckage und Leckagemessung.

6: Staub, polarer Staub führt zunächst leicht zu Mikrokurzschlüssen, der genaue Grund ist unbekannt.

7: Das positive und negative Elektrodenblatt ist dicker als der Prozessbereich, und es ist schwierig, in die Hülle einzutreten.

8: Injektionsdichtungsproblem und schlechte Dichtungsleistung von Stahlperlen führt zu Gastrommel.

9: Das Schalenmaterial ist eine dicke Schalenwand, und die Schalenverformung beeinflusst die Dicke.

Analyse

Die Gründe für die Explosion von Lithiumbatterien können wie folgt zusammengefasst werden:externer Kurzschluss, iinterner Kurzschluss,undÜberladung. Das Äußere bezieht sich hier auf das Äußere der Zelle, einschließlich des Kurzschlusses, der durch das schlechte Isolationsdesign des Batteriepacks verursacht wird.

Wenn draußen ein Kurzschluss auftritt, die Batterie und die elektronischen Geräte den Stromkreis nicht unterbrechen, entsteht im Inneren der Zelle eine hohe Hitze, die zu einer Verdampfung von Elektrolyt führt und das Batteriegehäuse groß hält. Wenn die Innentemperatur der Batterie auf 135 Grad Celsius ansteigt, schließt das Qualitätsmembranpapier das feine Loch, die elektrochemische Reaktion endet oder fast beendet, der Strom fällt stark ab und die Temperatur sinkt langsam, wodurch die Explosion vermieden wird. Die Schließgeschwindigkeit der feinen Löcher ist jedoch zu schlecht, oder das Membranpapier, das sich überhaupt nicht schließt, lässt die Batterietemperatur weiter ansteigen, mehr Elektrolyt verdampfen und schließlich das Batteriegehäuse brechen und sogar die Batterietemperatur erhöhen, um zu machen das Material brennt und explodiert.

Der interne Kurzschluss wird hauptsächlich durch den Grat von Kupferfolie und Aluminiumfolie oder die knickartige Kristallisation von Lithiumatomen verursacht. Diese winzigen nadelartigen Metalle können einen Mikrokurzschluss verursachen. Da die Nadel mit einem gewissen Widerstand sehr fein ist, wird der Strom nicht sehr groß sein. Kupfer- und Aluminiumfoliengrate werden im Produktionsprozess verursacht, das beobachtete Phänomen ist, dass die Batterie zu schnell ausläuft, die meisten können von der Kernfabrik oder dem Montagewerk ausgesiebt werden. Außerdem sind die winzigen Grate klein, manchmal verbrannt, wodurch die Batterie wieder normal wird. Daher ist die Wahrscheinlichkeit einer durch einen Gratmikrokurzschluss verursachten Explosion nicht hoch.

Alle Lithium-Ionen-Zellen-Fabrik wird einige Batterien von schlechter Qualität finden, die nach kurzem Aufladen auf niedrige Spannung gehen, aber nur wenige Explosionen, bezogen auf statistische Daten. Daher wird die durch den internen Kurzschluss verursachte Explosion hauptsächlich durch Überladung verursacht. Da die überladene Polplatte voller nadelförmiger Lithiummetallkristallisation ist, befinden sich überall Einstichstellen, die einen Mikrokurzschluss verursachen. Daher wird die Batterietemperatur allmählich ansteigen und schließlich wird die hohe Temperatur Elektrolytgas verursachen. Unabhängig davon, ob die hohe Temperatur die materielle Verbrennung explodiert oder die Schale zuerst gebrochen wurde, wird die Luft und die heftige Oxidation des Lithiummetalls eingelassen, die zur Explosion führt.

Die durch einen internen Kurzschluss verursachte Explosion trat jedoch zum Zeitpunkt des Ladens nicht auf. Da die Batterietemperatur nicht zu hoch ist, um das Material zu verbrennen, oder das erzeugte Gas nicht ausreicht, um die Batteriehülle zu zerbrechen, stoppt der Benutzer den Ladevorgang. Zu diesem Zeitpunkt erhöhte die durch viele Mikrokurzschlüsse erzeugte Wärme langsam die Batterietemperatur, nach einiger Zeit trat die Explosion auf.

Basierend auf den oben genannten Explosionsarten,TorphanDas technische Team konzentriert sich auf den Schutz vor Überladung, die Vermeidung von externen Kurzschlüssen und die Verbesserung der Sicherheit der Zelle vor Explosionen. Unter diesen gehören Überladungsschutz und externer Kurzschlussschutz zum elektronischen Schutz, der stark mit dem Design des Batteriesystems und der Installation des Batteriepacks zusammenhängt. Der Fokus der Verbesserung der Zellsicherheit liegt auf dem chemischen und mechanischen Schutz, der stark mit den Batteriezellherstellern verbunden ist.

Gestaltungsspezifikation

Das Torphan-Batteriemanagementsystem bietet zwei Sicherheitsschutzfunktionen für Überladung, Tiefentladung und Überstrom, einschließlich Ladegerät und Akku. Das Torphan-Ladegerät wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um und begrenzt den maximalen Strom und die maximale Gleichstromspannung. Der Batteriepackschutz enthält zwei Teile --- das Batteriemanagementsystem und die Batteriezelle. Für den ersten Schutz kann das Batteriemanagementsystem mit dem Ladegerät kommunizieren, es sendet entsprechend Befehle wie Durchflussbegrenzung und Ladestoppsignale an das Ladegerät zu den gesammelten Batterieinformationen. Wenn das Ladegerät das Signal empfängt, reduziert das Ladegerät automatisch den Ladestrom oder stoppt den Ladevorgang. Wenn das Ladegerät nicht mit dem Batteriemanagementsystem kommuniziert, trennt das Batteriemanagementsystem das Relais im Akkupack und unterbricht den gesamten Ladestromkreis, was der zweite Schutz ist. Dies bedeutet, dass die Batterie auch bei einem Stromausfall nicht funktioniert überladen und gefährlich sein.

Kurz gesagt, während des Batteriesystems ist der elektronische Schutz der erste Schutz für Überladung, Tiefentladung und Überstrom. Das Batteriemanagementsystem ist der zweite Schutz.

Obwohl die oben genannten Methoden zwei Schutz bieten, kaufen die Verbraucher manchmal ein nicht originales Ladegerät, um die Batterien aufzuladen, wenn das Ladegerät defekt ist, so dass sie möglicherweise ein Ladegerät von geringer Qualität oder ein Ladegerät kaufen, das nicht mit dem Batteriemanagement kommunizieren kann . Dadurch geht der erste Schutz verloren. Überladung ist der wichtigste Faktor bei der Batterieexplosion, daher können minderwertige Ladegeräte als Schuldige der Batterieexplosion bezeichnet werden.

Letzte Verteidigungslinie

Wenn der elektronische Schutz versagt, wird die letzte Verteidigungslinie von der Zelle bereitgestellt. Das Sicherheitsniveau der Zelle kann leicht differenziert werden, je nachdem, ob die Zelle durch externen Kurzschluss und Überladung getrennt werden kann. Denn bevor die Batterie explodiert, sammeln sich die Lithium-Atome im Inneren an der Oberfläche des Materials an. Darüber hinaus besteht der Schutz vor Überladung häufig darin, dass Verbraucher ein minderwertiges Ladegerät verwenden und nur eine Verteidigungslinie haben. Daher ist der Überladewiderstand der Zelle wichtiger als die Fähigkeit, dem externen Kurzschluss zu widerstehen.