Características da bateria de íon-lítio
O lítio é o menor e mais ativo metal da mesa do ciclo químico. Volume pequeno e densidade de volume tão alta, é amplamente popular entre os consumidores e engenheiros. Mas, as características químicas são muito vivas, traz um risco extremamente alto. O metal de lítio quando exposto ao ar, com o oxigênio produz intensa oxidação e explosão. Para melhorar a segurança e a voltagem, os cientistas inventaram materiais como grafite e cobaltato de lítio para armazenar átomos de lítio. A estrutura molecular desses materiais forma uma pequena rede de armazenamento que pode ser usada para armazenar átomos de lítio. Desse modo, mesmo que o invólucro da bateria se quebre e o oxigênio entre, o oxigênio é muito grande para que as moléculas de oxigênio entrem nessas pequenas células de armazenamento, de modo que os átomos de lítio não entrem em contato com o oxigênio e evitem a explosão. Este princípio das baterias de íon-lítio permite que as pessoas atinjam objetivos de segurança enquanto obtêm sua densidade de alta capacidade.
Quando a bateria de íon de lítio é carregada, os átomos de lítio positivos perdem seus elétrons e se oxidam em íons de lítio. Os íons de lítio nadam para o eletrodo negativo através do eletrólito, entram na rede de armazenamento do eletrodo negativo e obtêm um elétron, reduzido a átomos de lítio. Após a alta, todo o procedimento vira de cabeça para baixo. Para evitar um curto-circuito entre os pólos positivo e negativo, um papel diafragma com muitos orifícios finos para evitar o curto-circuito. Um bom papel de diafragma também pode fechar automaticamente o orifício fino quando a temperatura da bateria é muito alta, de modo que os íons de lítio não podem atravessar, para desperdiçar as artes marciais, para evitar o perigo.
Medidas protetoras
As células da bateria de lítio podem começar a ter efeitos colaterais após sobrecarregar para uma tensão acima de 3,7 V. quanto mais alta a voltagem de sobrecarga, maior o risco seguido. Depois que a voltagem do lítio é superior a 3,7 V, o número de átomos de lítio no material do cátodo é menor que a metade do material do cátodo, quando a rede de armazenamento freqüentemente entra em colapso, causando um declínio permanente na capacidade da bateria. Se o carregamento continuar, o metal de lítio subsequente se acumulará na superfície do material negativo porque a rede de armazenamento negativo já está cheia de átomos de lítio. Esses átomos de lítio crescem ramificando a cristalização da superfície negativa para a direção dos íons de lítio. Esses cristais de metal de lítio passam pelo papel do diafragma para causar um curto-circuito nos pólos positivo e negativo. Às vezes, a bateria explode antes do curto-circuito, porque no processo de sobrecarga, o eletrólito e outros materiais irão quebrar o gás, fazendo com que o invólucro da bateria ou válvula de pressão se quebre, permitindo que o oxigênio reaja com os átomos de lítio acumulados na superfície negativa, e então explodir. Portanto, ao carregar a bateria de lítio, devemos definir o limite de voltagem, levando em consideração a vida útil, a capacidade e a segurança da bateria ao mesmo tempo. Limite superior da tensão de carga ideal de 3,6 V.
Também deve haver um limite de baixa tensão para a descarga da bateria de lítio. Quando a voltagem da célula é inferior a 2 V, parte do material começa a ser destruída. E como a bateria se autodescarrega, quanto mais tempo ela não estiver carregada, a tensão da bateria será menor. portanto, é melhor não descarregar a volt da célula para 2V. A capacidade de descarga da bateria de lítio de 3,0 V a 2,8 V é apenas cerca de 3% da capacidade da bateria. Assim, 3,0 V é uma tensão de corte de descarga ideal.
No processo de carga e descarga, o limite de corrente também é necessário. Quando a corrente é muito grande, os íons de lítio demoram muito para entrar no espaço de armazenamento e se acumulam na superfície do material. Esses íons de lítio obtêm elétrons, produzindo cristalização atômica de lítio na superfície do material, já que ocorre sobrecarga, causando perigo. Caso a carcaça da bateria se quebre, ela explode.
Portanto, a proteção da bateria de íon-lítio inclui pelo menos três aspectos: limite de tensão de carga, limite de tensão de descarga e limite de corrente. Geralmente, na bateria de lítio, além da célula de lítio, haverá um Sistema de Gerenciamento de Bateria （BMS）, o BMS é principalmente um dispositivo para fornecer esses três tipos de proteção. No entanto, o sistema de gerenciamento de bateria obviamente não é suficiente. Vimos que explosões de baterias de lítio acontecem frequentemente em todo o mundo. Para garantir a segurança do sistema de bateria, há uma análise mais cuidadosa da causa da explosão da bateria abaixo:
Motivos de explosão da bateria:
1: maior polarização interna da célula!
2: A placa polar absorve água e reage com o eletrólito.
3: Os problemas de qualidade e desempenho do próprio eletrólito.
4: A quantidade de líquido injetado não atende aos requisitos do processo.
5: Fraco desempenho de vedação da soldagem a laser durante o processo de montagem, vazamento de ar e medição de vazamento.
6: A poeira, a poeira polar é primeiro fácil de levar a micro curto-circuito, a razão específica é desconhecida.
7: A folha do eletrodo positivo e negativo é mais espessa do que a faixa do processo e é difícil entrar na casca.
8: Problema de vedação de injeção e baixo desempenho de vedação de grânulos de aço leva ao tambor de gás.
9: O material da casca é uma parede de casca espessa e a deformação da casca afeta a espessura.
Análise
Os motivos da explosão da bateria de lítio podem ser resumidos comocurto circuito externo, icurto-circuito interno,esobrecarregar. O exterior aqui se refere ao exterior da célula, incluindo o curto-circuito causado pelo design de isolamento inadequado da bateria.
Quando ocorre um curto-circuito externo, a bateria e os dispositivos eletrônicos não conseguem cortar o circuito, ocorre alta temperatura dentro da célula, causando a vaporização de algum eletrólito e mantendo o corpo da bateria grande. Quando a temperatura interna da bateria chega a 135 graus Celsius, o papel do diafragma de qualidade fecha o orifício fino, a reação eletroquímica termina ou quase termina, a corrente cai drasticamente e a temperatura cai lentamente, evitando assim a explosão. No entanto, a taxa de fechamento do orifício fino é muito baixa, ou o papel do diafragma que não fecha de todo, fará com que a temperatura da bateria continue a subir, vaporizará mais eletrólito e, finalmente, quebrará o invólucro da bateria e até mesmo aumentará a temperatura da bateria para fazer o material queima e explode.
O curto-circuito interno é causado principalmente pela rebarba da folha de cobre e da folha de alumínio ou pela cristalização em forma de dobra dos átomos de lítio. Esses minúsculos metais semelhantes a agulhas podem causar um micro curto-circuito. Como a agulha é muito fina com uma certa resistência, a corrente não será muito grande. Rebarbas de folha de cobre e alumínio são causadas no processo de produção, o fenômeno observado é que o vazamento da bateria é muito rápido, a maioria pode ser filtrada pela fábrica de núcleo ou pela fábrica de montagem. Além disso, as pequenas rebarbas são pequenas, às vezes queimadas, trazendo a bateria de volta ao normal. Portanto, a probabilidade de explosão causada por micro-curto-circuito de rebarba não é alta.
toda a fábrica de células de íon de lítio encontrará algumas baterias de má qualidade que ficarão com voltagem baixa após serem carregadas em breve, mas com poucas explosões, conforme dados estatísticos. Portanto, a explosão causada pelo curto-circuito interno é causada principalmente por sobrecarga. Porque, a placa de pólo sobrecarregada está cheia de cristalização de metal de lítio da agulha, pontos de punção estão em toda parte, o que causará micro curto-circuito. Portanto, a temperatura da bateria aumentará gradualmente e, finalmente, a alta temperatura será a causa do gás eletrólito. No processo, quer a alta temperatura faça a combustão do material explodir, quer a casca tenha sido quebrada primeiro, isso deixará o ar entrar e o metal de lítio oxidação feroz, que levará à explosão.
Mas a explosão causada por um curto-circuito interno não ocorria frequentemente no momento do carregamento. É porque a temperatura da bateria não é muito alta para fazer o material queimar ou o gás produzido não é suficiente para quebrar o invólucro da bateria, o usuário para de carregar. Neste momento, o calor gerado por muitos micro curtos-circuitos aumentava lentamente a temperatura da bateria, após um período de tempo, ocorreu a explosão.
Com base nos tipos de explosão acima,TorphanA equipe técnica concentra-se na proteção de sobrecarga, prevenção de curto-circuito externo e melhoria da segurança da célula para detecção de explosão. Entre eles, a proteção contra sobrecarga e a prevenção de curto-circuito externo pertencem à proteção eletrônica, que está muito relacionada ao projeto do sistema de bateria e à instalação do pacote de bateria. O foco da melhoria da segurança das células é a proteção química e mecânica, que está muito relacionada aos fabricantes de células de bateria.
Especificação de design
O sistema de gerenciamento de bateria Torphan pode fornecer duas proteções de segurança para sobrecarga, descarga excessiva e sobrecorrente, respectivamente, incluindo o carregador e o pacote de bateria. O carregador Torphan transforma AC para DC e limita a corrente máxima e a tensão máxima de DC. A proteção do pacote de bateria contém duas partes --- o sistema de gerenciamento de bateria e a célula da bateria. Para a primeira proteção, o sistema de gerenciamento de bateria pode se comunicar com o carregador, ele enviará recomendações como limitação de fluxo e sinais de parada de carga para o carregador, de acordo com às informações coletadas da bateria. Quando o carregador recebe o sinal, ele reduz automaticamente a corrente de carregamento ou interrompe o carregamento. Quando o carregador não consegue se comunicar com o sistema de gerenciamento de bateria, o sistema de gerenciamento de bateria desconecta o relé dentro da bateria e corta todo o circuito de carga, que é a segunda proteção. Isso significa que mesmo se um circuito falhar, a bateria não ser sobrecarregado e perigoso.
Em suma, durante o projeto do sistema de bateria, a proteção eletrônica é a primeira proteção para sobrecarga, descarga excessiva e sobrecorrente. O sistema de gerenciamento de bateria é a segunda proteção.
Embora os métodos acima forneçam duas proteções, às vezes os consumidores geralmente compram um carregador não original para carregar as baterias quando o carregador está quebrado, para que eles possam comprar um carregador de baixa qualidade ou um carregador que não pode se comunicar com o gerenciamento da bateria. Isso levará à perda da primeira proteção. A sobrecarga é o fator mais importante na explosão da bateria, portanto, carregadores inferiores podem ser considerados culpados pela explosão da bateria.
Linha final de defesa
Se a proteção eletrônica falhar, a última linha de defesa, será fornecida pelo celular. O nível de segurança da célula pode ser ligeiramente diferenciado com base no fato de a célula poder ser separada por curto-circuito externo e sobrecarga. Porque, antes de a bateria explodir, os átomos de lítio se acumulam no interior na superfície do material. Além disso, a proteção contra sobrecarga muitas vezes ocorre porque os consumidores usam um carregador inferior e têm apenas uma linha de defesa; portanto, a resistência à sobrecarga da célula é mais importante do que a capacidade de resistir ao curto-circuito externo.
