Es gibt einige Gründe, warum Lithiumbatterien explodieren.

Die Art der Zellexplosion kann als externer Kurzschluss, interner Kurzschluss und Überladung klassifiziert werden. Der äußere Teil bezieht sich auf den äußeren Teil der Zelle, einschließlich des Kurzschlusses, der durch ein schlechtes Isolationsdesign im Batteriepack verursacht wird.

Lithium ist das kleinste und aktivste Metall im Periodensystem. Kleines Volumen, so hohe Kapazitätsdichte, von Verbrauchern und Ingenieuren sehr begrüßt. Zu viel chemische Aktivität kann jedoch gefährlich sein. Lithium kann an der Luft in einer heftigen Oxidationsreaktion mit Sauerstoff explodieren. Um die Sicherheit und Spannung zu verbessern, haben Wissenschaftler Materialien wie Graphit und lithiumkobaltoxid entwickelt, um Lithiumatome zu speichern. Die molekulare Struktur dieser Materialien bildet winzige Speicherzellen in Nanogröße, in denen Lithiumatome gespeichert werden können. Auf diese Weise sind die Moleküle zu groß, um in die winzigen Zellen zu passen, selbst wenn die Batteriehülle bricht und Sauerstoff eindringt, wodurch verhindert wird, dass die Lithiumatome mit Sauerstoff in Kontakt kommen und explodieren. Das Prinzip der Lithium-Ionen-Batterie ermöglicht es Menschen, ihre hohe Kapazitätsdichte zu erreichen und gleichzeitig den Zweck der Sicherheit zu erreichen.

Wenn eine Lithium-Ionen-Batterie geladen wird, verlieren die positiv geladenen Lithiumatome Elektronen und oxidieren zu Lithiumionen. Die Lithiumionen schwimmen durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode, wo sie in eine Zelle eintreten, wo sie ein Elektron gewinnen und zu Lithiumatomen reduziert werden. Entladung, der gesamte Prozess umgekehrt. Um zu verhindern, dass sich die Batterie positiv und negativ direkt berührt und kurzschließt, wird die Batterie mit einer Reihe von Membranpapieren mit dünnen Löchern versehen, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Gutes Membranpapier kann auch in der Batterietemperatur zu hoch sein, automatisch das Loch schließen, das Lithiumion nicht passieren lassen, um Kampfkunst zu verschwenden, um die Gefahr zu vermeiden.

Schutzmaßnahmen

Wenn eine Lithiumbatterie auf eine Spannung über 4,2 V überladen wird, können Nebenwirkungen auftreten. Je höher die Überladespannung ist, desto höher ist das Risiko. Wenn die Batteriespannung höher als 4,2 V ist, beträgt die Anzahl der im Anodenmaterial verbleibenden Lithiumatome weniger als die Hälfte, und die Zelle kollabiert häufig, was zu einem dauerhaften Abfall der Batteriekapazität führt. Wenn Sie weiter aufladen, weil die Zelle der Anode bereits mit Lithiumatomen gefüllt ist, sammeln sich nachfolgende Lithiummetalle auf der Oberfläche der Anode an. Diese Lithiumatome bilden dendritische Kristalle von der negativen Oberfläche in Richtung der Lithiumionen. Diese Lithiummetallkristalle passieren das Membranpapier und führen zu einem Kurzschluss der positiven und negativen Pole. Manchmal explodiert die Batterie, bevor der Kurzschluss auftritt. Dies liegt daran, dass beim Überladevorgang der Elektrolyt und andere Materialien reißen und Gas produzieren, wodurch sich das Batteriegehäuse oder das Druckventil ausbaucht und reißt und der Sauerstoff eindringt und mit den auf der negativen Elektrodenoberfläche angesammelten Lithiumatomen reagiert. und dann explodieren. Daher muss beim Laden einer Lithiumbatterie die Obergrenze der Spannung eingestellt werden, damit die Lebensdauer, Kapazität und Sicherheit der Batterie gleichzeitig berücksichtigt werden können. Die optimale Obergrenze der Ladespannung liegt bei 4,2 V.

Wenn die Lithiumzellenentladung auch die Spannungsuntergrenze haben muss. Wenn die Zellenspannung unter 2,4 V liegt, beginnt ein Teil des Materials zusammenzubrechen. Da sich der Akku selbst entlädt, ist die Spannung umso niedriger, je länger die Entladung ist. Daher ist es besser, keine 2,4 V zu setzen, um die Entladung zu stoppen. Zwischen 3,0 V und 2,4 V setzen Lithiumbatterien nur etwa 3% ihrer Kapazität frei. Daher ist 3,0 V eine ideale Abschaltspannung für die Entladung.

Neben der Spannungsbegrenzung ist auch beim Laden und Entladen eine Strombegrenzung erforderlich. Wenn der Strom zu hoch ist, können sich die Lithiumionen auf der Oberfläche des Materials ansammeln, bevor sie Zeit haben, in die Zelle einzutreten. Wenn diese Ionen Elektronen gewinnen, erzeugen sie Kristalle von Lithiumatomen auf der Materialoberfläche, die wie eine Überladung gefährlich sein können. Wenn das Batteriefach kaputt geht, explodiert es.

Daher sollte der Schutz von lithium-ionen-batterien mindestens drei Punkte umfassen: Obergrenze der Ladespannung, Untergrenze der Entladespannung und Obergrenze des Stroms. Im Allgemeinen wird Lithium-Batterie-Pack, zusätzlich zu Lithium-Batterie-Kern, wird es eine Schutzplatte geben, diese Schutzplatte soll hauptsächlich diese drei Schutz bieten. Der Schutz der drei Schutzplatten reicht jedoch offensichtlich nicht aus, eine Lithiumbatterieexplosion ist weltweit immer noch häufig. Um die Sicherheit des Batteriesystems zu gewährleisten, muss die Ursache der Batterieexplosion genauer analysiert werden.

Ursache der Batterieexplosion

1. Große interne Polarisation!

2. Das Elektrodenblatt absorbiert Wasser und reagiert mit dem Elektrolyten unter Bildung einer Gastrommel.

3. Qualität und Leistung des Elektrolyten selbst.

4. Während der Infusion kann das Infusionsvolumen die Prozessanforderungen nicht erfüllen.

5. Schlechte Dichtleistung beim Laserschweißen im Installations- und Vorbereitungsprozess, Luftleckage, Luftleckage und Leckagemessung.

6. Staub. Extrem dünner Staub kann in erster Linie leicht einen Mikrokurzschluss verursachen, und der genaue Grund ist unbekannt.

7. Die Anoden- und Kathodenplatten sind dicker als der Prozessbereich und schwer in die Hülle einzulegen.

8, Einspritzdichtungsproblem, schlechte Dichtleistung der Stahlkugel führt zur Gastrommel.

9. Das ankommende Material der Schale ist dick und die Verformung der Schale beeinflusst die Dicke.

Explosionsartenanalyse

Die Art der Zellexplosion kann als externer Kurzschluss, interner Kurzschluss und Überladung klassifiziert werden. Der äußere Teil bezieht sich auf den äußeren Teil der Zelle, einschließlich des Kurzschlusses, der durch ein schlechtes Isolationsdesign im Batteriepack verursacht wird.

Wenn ein Kurzschluss außerhalb der Zelle auftritt und die elektronischen Komponenten den Stromkreis nicht unterbrechen, wird in der Zelle hohe Wärme erzeugt, wodurch ein Teil des Elektrolyten verdampft und das Batteriegehäuse gedehnt wird. Wenn die Innentemperatur der Batterie bis zu 135 Grad Celsius beträgt, schließt das Membranpapier von guter Qualität die Pore, die elektrochemische Reaktion wird beendet oder fast beendet, der Strom fällt stark ab und die Temperatur fällt somit ebenfalls langsam ab Explosion vermeiden. Ein schlechter Porenverschluss oder ein Membranpapier ohne Porenverschluss führt jedoch dazu, dass die Batterietemperatur weiter ansteigt, wodurch mehr Elektrolyt verdampft, das Batteriegehäuse schließlich platzt und sogar die Batterietemperatur so weit erhöht wird, dass das Material verbrennt und explodieren.

Der interne Kurzschluss wird hauptsächlich durch den Grat von Kupferfolie und Aluminiumfolie verursacht, der die Membran durchbohrt, oder durch den dendritischen Kristall von Lithiumatomen, die die Membran durchbohren. Diese feinen, nadelartigen Metalle können einen Mikrokurzschluss verursachen. Da die Nadel sehr dünn ist und einen bestimmten Widerstandswert hat, ist der Strom nicht unbedingt sehr groß. Der Grat von Kupfer- und Aluminiumfolie wird im Produktionsprozess verursacht, und das beobachtbare Phänomen ist, dass die Batterieleckage zu schnell ist, was größtenteils von der Zellenfabrik oder der Montagefabrik herausgesiebt werden kann. Und weil die Grate klein sind, können sie manchmal durchbrennen, sodass die Batterie wieder normal wird. Daher ist die Explosionswahrscheinlichkeit aufgrund eines Gratkurzschlusses nicht hoch.

Eine solche Aussage kann von der Zellenfabrik im Inneren oft bald aufgeladen werden, die Spannung an der defekten Batterie ist niedrig, aber es gibt nur wenige Explosionen, statistische Unterstützung. Daher wird die durch internen Kurzschluss verursachte Explosion hauptsächlich durch Überladung verursacht. Denn nach dem Überladen haben Sie überall auf der Platte nadelförmige Lithiumkristalle, überall Einstichpunkte und überall Mikrokurzschlüsse. Infolgedessen steigt die Batterietemperatur allmählich an und schließlich setzt die hohe Temperatur das Elektrolytgas frei. In diesem Fall ist das Ende der Explosion, ob die Temperatur zu hoch ist, um das Material zum Verbrennen und Explodieren zu bringen, oder ob die Hülle zuerst gebrochen wird, so dass die Luft eindringt und das Lithiummetall heftig oxidiert wird.

Die Explosion, die durch einen internen Kurzschluss verursacht wird, der durch Überladung verursacht wird, tritt jedoch nicht notwendigerweise zum Zeitpunkt des Ladens auf. Es ist möglich, dass Verbraucher ihre Telefone nicht mehr aufladen und herausnehmen, bevor der Akku heiß genug ist, um das Material zu verbrennen und genug Gas zu produzieren, um das Gehäuse des Akkus zu platzen. Zu diesem Zeitpunkt erhöht die durch zahlreiche Mikrokurzschlüsse erzeugte Wärme langsam die Batterietemperatur, und nach einer gewissen Zeit tritt die Explosion auf. Die übliche Beschreibung von Verbrauchern ist, dass sie das Telefon abheben und es heiß finden, es wegwerfen und es explodiert.

Basierend auf den oben genannten Explosionstypen können wir uns auf die Verhinderung von Überladung, die Verhinderung von externen Kurzschlüssen und die Verbesserung der Sicherheit der Zelle konzentrieren. Unter diesen gehören Überlastschutz und externe Kurzschlussverhütung zum elektronischen Schutz, der eng mit dem Design des Batteriesystems und der Installation des Batteriepacks zusammenhängt. Der Schwerpunkt der Verbesserung der Zellsicherheit liegt auf dem chemischen und mechanischen Schutz, der eng mit den Zellherstellern verbunden ist.

Die Designspezifikation

Da es weltweit Hunderte Millionen Mobiltelefone gibt, muss die Ausfallrate des Sicherheitsschutzes weniger als eine von 100 Millionen betragen, um Sicherheit zu erreichen. Infolgedessen liegt die Ausfallrate der Leiterplatte im Allgemeinen weit über einem von 100 Millionen. Daher müssen Batteriesysteme mit mehr als zwei Verteidigungslinien ausgelegt sein. Ein häufiger Fehler ist die Verwendung eines Adapters direkt am Ladepool. Dadurch wird die Schutzaufgabe vollständig auf den Akku auf der Schutzplatine übertragen. Obwohl die Ausfallrate der Schutzplatte nicht hoch ist, hat die globale Wahrscheinlichkeit jeden Tag einen Explosionsunfall, selbst wenn die Ausfallrate auf eins zu einer Million niedrig ist.

Wenn das Batteriesystem überladen, überentladen, überstrom sein kann, sollen jeweils zwei Sicherheitsschutzmaßnahmen bereitgestellt werden, wobei jede Schutzausfallrate eins zu zehntausend ist, können zwei Schutzmaßnahmen auf eins zu hundert Millionen reduziert werden. Das allgemeine Blockdiagramm des Batterieladesystems lautet wie folgt: Ladegerät und Batteriepack zwei Hauptdiagramme. Das Ladegerät enthält einen Adapter und einen Laderegler. Der Adapter wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um und der Laderegler begrenzt den maximalen Strom und die maximale Spannung des Gleichstroms. Der Akku besteht aus zwei Teilen, der Schutzplatte und der Zelle, und einem PTC, um den maximalen Strom zu begrenzen.

Nehmen Sie als Beispiel das Akkusystem des Mobiltelefons. Das Überladeschutzsystem verwendet die auf ca. 4,2 V eingestellte Ausgangsspannung des Ladegeräts, um die erste Schutzschicht zu erreichen, sodass der Akku auch dann nicht beschädigt wird, wenn die Schutzplatine des Akkus ausfällt überladen und Risiko. Der zweite Schutz ist die Überladeschutzfunktion auf der Schutzplatte, die im Allgemeinen auf 4,3 V eingestellt ist. Auf diese Weise ist die Schutzplatte normalerweise nicht für das Abschalten des Ladestroms verantwortlich, sondern muss nur dann wirken, wenn die Ladespannung ungewöhnlich hoch ist. Der Überstromschutz ist durch die Schutzplatte und die Strombegrenzungsplatte verantwortlich, dies ist auch zwei Schutz, um Überstrom und externen Kurzschluss zu verhindern. Denn Überentladung kann nur bei der Verwendung von Elektronik auftreten. Daher ist das allgemeine Design die elektronische Produktplatine, um den ersten Schutz zu bieten, der Akku auf der Schutzplatine bietet einen zweiten Schutz. Das Gerät sollte automatisch heruntergefahren werden, wenn eine Versorgungsspannung unter 3,0 V festgestellt wird. Wenn diese Funktion bei der Produktentwicklung nicht vorgesehen ist, schließt der Schutz den Entladekreis, wenn die Spannung auf 2,4 V gesenkt wird.

Kurz gesagt, das Batteriesystem muss so ausgelegt sein, dass es zwei elektronische Schutzmechanismen gegen Überladung, Überentladung und Überstrom bietet. Die Schutzplatte ist der zweite Schutz. Nehmen Sie den Schild ab und laden Sie ihn auf. Wenn die Batterie explodiert, ist das Design schlecht.

Obwohl das obige Verfahren zwei Schutzschichten bietet, kaufen Verbraucher häufig nicht originale Ladegeräte, um die Ladegeräte zu laden, nachdem die Ladegeräte defekt sind, und die Ladegeräte entfernen häufig den Laderegler, um die Kosten aus Kostengründen zu senken. Infolgedessen vertreibt schlechtes Geld gutes Geld und es gibt viele minderwertige Ladegeräte auf dem Markt. Dies führt zu einer Überladung ohne die erste und wichtigste Verteidigungslinie. Und Überladung ist der wichtigste Faktor, der eine Batterieexplosion verursacht. Daher kann ein minderwertiges Ladegerät als Schuldiger der Batterieexplosion bezeichnet werden.

Natürlich verwenden nicht alle Batteriesysteme das oben gezeigte Schema. In einigen Fällen verfügt der Akku auch über ein Laderegler-Design. Beispielsweise verfügen viele Laptops über einen Laderegler, der an einen Akku angeschlossen ist. Dies liegt daran, dass Laptops normalerweise über einen im Computer integrierten Laderegler verfügen, sodass der Verbraucher nur einen Adapter erhält. Daher muss der externe Akku des Notebooks über einen Laderegler verfügen, um die Sicherheit des externen Akkus bei Verwendung des Adapters zum Laden zu gewährleisten. Darüber hinaus kann das Produkt, das zum Laden einen Zigarettenanzünder verwendet, manchmal auch einen Laderegler im Akkupack herstellen.

Letzter Graben

Wenn elektronische Sicherheitsvorkehrungen fehlschlagen, wird die letzte Verteidigungslinie von der Zelle bereitgestellt. Das Sicherheitsniveau der Zelle kann grob danach klassifiziert werden, ob die Zelle kurzgeschlossen und überladen werden kann. Denn bevor sich die Batterie explodiert und die Lithiumatome auf der Oberfläche des Materials aufgeschichtet sind, ist die Explosion stärker. Außerdem wird der Überladeschutz von Verbrauchern, die fehlerhafte Ladegeräte verwenden, häufig auf eine Verteidigungslinie reduziert. Daher ist die Fähigkeit der Zelle, einem Überladen standzuhalten, wichtiger als ihre Fähigkeit, einem externen Kurzschluss standzuhalten.

Vergleich der Sicherheit zwischen Aluminiumgehäuse und Stahlgehäuse Das Aluminiumgehäuse bietet höhere Sicherheitsvorteile als das Stahlgehäuse.

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