リチウム電池が爆発する理由はいくつかあります。

セル爆発のタイプは、外部短絡、内部短絡、および過充電に分類できます。外側の部分とは、バッテリーパック内の絶縁設計が不十分なために発生した短絡を含む、セルの外側の部分を指します。

リチウムは周期表で最も小さく、最も活性の高い金属です。少量なので大容量密度で、消費者やエンジニアに広く歓迎されています。しかし、化学活性が多すぎると危険な場合があります。空気にさらされると、リチウムは酸素との激しい酸化反応で爆発する可能性があります。安全性と電圧を向上させるために、科学者たちは、リチウム原子を貯蔵するためのグラファイトやコバルト酸リチウムなどの材料を開発しました。これらの材料の分子構造は、リチウム原子を貯蔵するために使用できるナノサイズの小さな貯蔵セルを形成します。そうすれば、バッテリーのシェルが壊れて酸素が入ったとしても、分子が大きすぎて小さなセルに収まらず、リチウム原子が酸素と接触して爆発するのを防ぎます。リチウムイオン電池の原理は、人々がその高い容量密度を得ると同時に安全の目的を達成することを可能にします。

リチウムイオン電池が充電されると、正に帯電したリチウム原子は電子を失い、酸化してリチウムイオンになります。リチウムイオンは電解質を通って負極に移動し、そこでセルに入り、そこで電子を獲得してリチウム原子に還元されます。放電、プロセス全体が逆になりました。バッテリーのプラスとマイナスが直接接触して短絡するのを防ぐために、バッテリーには短絡を防ぐためにいくつかの薄い穴のダイヤフラム紙が追加されます。良いダイヤフラム紙は、バッテリーの温度が高すぎる場合もあります。自動的に穴を閉じ、リチウムイオンを通過させないようにして、武道を無駄にし、危険を防ぎます。

保護対策

リチウム電池が4.2vを超える電圧に過充電されると、副作用が発生する可能性があります。過充電電圧が高いほど、リスクが高くなります。電池電圧が4.2vを超えると、陽極材料に残っているリチウム原子の数が半分以下になり、セルが崩壊することが多く、電池容量が恒久的に低下します。充電を続けると、アノードのセルはすでにリチウム原子で満たされているため、後続のリチウム金属がアノードの表面に蓄積します。これらのリチウム原子は、負の表面からリチウムイオンの方向に樹枝状結晶を成長させます。これらのリチウム金属結晶はダイヤフラム紙を通過し、正極と負極を短絡させます。短絡が発生する前にバッテリーが爆発することがあります。これは、過充電工程で電解液などが割れてガスが発生し、電池のシェルや圧力弁が膨らんで割れ、酸素が入り、負極表面に蓄積したリチウム原子と反応するためです。そして爆発します。したがって、リチウム電池を充電するときは、電圧の上限を設定して、電池の寿命、容量、安全性を同時に考慮する必要があります。充電電圧の最適な上限は4.2vです。

リチウム電池の放電にも電圧下限が必要な場合。セル電圧が2.4vを下回ると、一部の材料が分解し始めます。バッテリーは自然に放電するため、放電が長ければ長いほど電圧は低くなります。したがって、放電を停止するために2.4vを入れない方が良いです。 3.0vから2.4vの間では、リチウム電池は容量の約3％しか放出しません。したがって、3.0vは放電の理想的なカットオフ電圧です。

電圧制限に加えて、充電および放電中の電流制限も必要です。電流が高すぎると、リチウムイオンがセルに入る前に材料の表面に蓄積する可能性があります。これらのイオンが電子を獲得すると、材料の表面にリチウム原子の結晶が生成され、過充電のように危険な場合があります。バッテリーケースが破損した場合、爆発します。

したがって、リチウムイオン電池の保護には、充電電圧の上限、放電電圧の下限、電流の上限の3つ以上の項目を含める必要があります。一般的に、リチウム電池パックは、リチウム電池コアに加えて、保護プレートがあります。この保護プレートは、主にこれらの3つの保護を提供するためのものです。ただし、3つの保護プレートの保護は明らかに十分ではなく、リチウム電池の爆発は依然として世界中で頻繁に発生しています。バッテリーシステムの安全性を確保するために、バッテリーの爆発の原因をより注意深く分析する必要があります。

バッテリー爆発の原因

1.大きな内部分極！

2.電極シートは水を吸収し、電解液と反応してガスドラムを形成します。

3.電解質自体の品質と性能。

4.注入中、注入量はプロセス要件を満たすことができません。

5.設置および準備プロセス、空気漏れ、空気漏れ、および漏れ測定におけるレーザー溶接のシール性能が低い。

6.ほこり。ほこりが非常に薄いと、そもそも微小短絡が発生しやすく、具体的な理由は不明です。

7.アノードプレートとカソードプレートはプロセス範囲よりも厚く、シェルに入れるのが困難です。

8、射出シールの問題、鋼球の不十分なシール性能はガスドラムにつながります。

9.シェルの流入材料は厚く、シェルの変形が厚さに影響します。

爆発タイプ分析

セル爆発のタイプは、外部短絡、内部短絡、および過充電に分類できます。外側の部分とは、バッテリーパック内の絶縁設計が不十分なために発生した短絡を含む、セルの外側の部分を指します。

セルの外側で短絡が発生し、電子部品が回路を遮断できない場合、セルの内部で高熱が発生し、電解液の一部が気化してバッテリーハウジングが伸びます。電池の内部温度が摂氏135度までになると、良質のダイヤフラム紙が細孔を塞ぎ、電気化学反応が停止またはほぼ終了し、電流が急激に低下し、温度もゆっくりと低下します。爆発を避けます。ただし、細孔の閉鎖が不十分な場合、または細孔の閉鎖がまったくないダイヤフラム紙は、バッテリーの温度を上昇させ続け、より多くの電解質を蒸発させ、最終的にバッテリーハウジングを破裂させ、材料を燃焼させるのに十分なバッテリー温度を上昇させます爆発します。

内部短絡は主に、ダイアフラムを貫通する銅箔とアルミホイルのバリ、またはダイアフラムを貫通するリチウム原子の樹枝状結晶によって引き起こされます。これらの微細な針状の金属は、微小短絡を引き起こす可能性があります。針は非常に細く、一定の抵抗値があるため、電流は必ずしもそれほど大きくはありません。銅箔やアルミホイルのバリは製造工程で発生しますが、電池の液漏れが速すぎて、電池工場や組立工場でそのほとんどをふるいにかけることができます。また、バリが小さいため、焼損してバッテリーが正常に戻る場合があります。したがって、バリ短絡による爆発の可能性は高くありません。

そのような声明は、内部のセル工場がすぐに充電していることが多く、不良バッテリーの電圧が低いことからである可能性がありますが、爆発はほとんどなく、統計的サポートがあります。したがって、内部短絡による爆発は主に過充電によるものです。過充電後、プレート全体に針状リチウム結晶があり、穴がいたるところにあり、マイクロショーツがいたるところにあります。その結果、バッテリーの温度が徐々に上昇し、最終的には高温で電解質ガスが放出されます。この場合、温度が高すぎて材料が燃焼して爆発するのか、シェルが最初に壊れて空気が入り、リチウム金属が激しく酸化されるのかは、爆発の終わりです。

ただし、過充電による内部短絡による爆発は、必ずしも充電時に発生するわけではありません。バッテリーが材料を燃やし、バッテリーのケーシングを破裂させるのに十分なガスを生成するのに十分な温度になる前に、消費者が電話の充電を停止して取り出す可能性があります。このとき、多数の微小短絡によって発生する熱により、バッテリーの温度がゆっくりと上昇し、しばらくすると爆発が発生します。消費者の一般的な説明は、彼らが電話を手に取って熱く感じ、捨てると爆発するというものです。

上記の爆発タイプに基づいて、過充電の防止、外部短絡の防止に焦点を当て、セルの安全性を向上させることができます。その中で、過充電防止と外部短絡防止は、バッテリーシステムの設計とバッテリーパックの取り付けに密接に関連する電子保護に属します。セルの安全性向上の重点は、セルメーカーと密接に関連している化学的および機械的保護です。

設計仕様

世界には何億もの携帯電話が存在するため、安全を確保するためには、セキュリティ保護の失敗率は1億分の1未満でなければなりません。その結果、回路基板の故障率は一般に1億分の1をはるかに上回っています。したがって、バッテリーシステムは2つ以上の防御線で設計する必要があります。よくある間違いは、充電プールに直接アダプターを使用することです。これにより、保護タスクが完全に保護ボードのバッテリーパックに過充電されます。保護板の故障率は高くありませんが、故障率が100万分の1と低くても、世界的な確率で毎日爆発事故が発生しています。

バッテリーシステムが過充電、過放電、過電流の場合、それぞれ2つの安全保護を提供します。各保護の故障率が1万分の1の場合、2つの保護を1億分の1に減らすことができます。一般的なバッテリー充電システムのブロック図は、充電器とバッテリーパックの2つの主要なものを含めて次のとおりです。充電器には、アダプターと充電コントローラーが含まれています。アダプターは交流を直流に変換し、充電コントローラーは直流の最大電流と電圧を制限します。バッテリーパックは、保護プレートとセルの2つの部分と、最大電流を制限するPTCで構成されています。

携帯電話のバッテリーシステムを例にとると、過充電保護システムは、約4.2vに設定された充電器出力電圧を使用して第1層の保護を実現します。これにより、バッテリーパックの保護ボードに障害が発生しても、バッテリーは過充電とリスク。 2番目の保護は、保護プレートの過充電保護機能で、通常は4.3vに設定されています。このように、保護プレートは通常、充電電流を遮断する責任を負わず、充電器の電圧が異常に高い場合にのみ、動作する必要があります。過電流保護は、保護プレートと電流制限プレートが原因であり、これも過電流と外部短絡を防ぐための2つの保護です。過放電は、電子機器が使用されている過程でのみ発生する可能性があるためです。したがって、一般的な設計は、最初の保護を提供する電子製品回路基板であり、保護ボード上のバッテリパックは2番目の保護を提供します。 3.0v未満の電源電圧を検出すると、デバイスは自動的にシャットダウンするはずです。製品の設計時にこの機能が設計されていない場合、電圧が2.4vに低下すると、ガードが放電回路を閉じます。

要するに、バッテリーシステムは、過充電、過放電、および過電流に対する2つの電子的保護を提供するように設計する必要があります。保護プレートは2番目の保護です。シールドを外して充電してください。バッテリーが爆発した場合、それは悪いデザインです。

上記の方法は2層の保護を提供しますが、消費者は充電器が壊れた後に充電器を充電するためにオリジナルではない充電器を購入することが多く、充電器はコストを考慮してコストを削減するために充電コントローラーを取り外すことがよくあります。その結果、悪いお金は良いお金を追い出し、市場には多くの劣った充電器があります。これにより、最初の最も重要な防御線がないまま過充電が発生します。また、過充電はバッテリーの爆発を引き起こす最も重要な要因であるため、劣った充電器はバッテリーの爆発の原因と言えます。

もちろん、すべてのバッテリーシステムが上記のスキームを使用しているわけではありません。場合によっては、バッテリーパックにも充電コントローラーの設計があります。たとえば、多くのラップトップコンピュータには、バッテリパックに接続された充電コントローラがあります。これは、ラップトップには通常、コンピューターに充電コントローラーが組み込まれており、消費者にアダプターを1つだけ提供するためです。したがって、ノートブックコンピュータの外部バッテリパックには、アダプタを使用して充電するときに外部バッテリパックの安全性を確保するための充電コントローラが必要です。また、自動車用電源ソケットを使用して充電する製品は、バッテリーパックで充電コントローラーを作ることもできます。

最後の溝

電子セーフガードが失敗した場合、最後の防衛線はセルによって提供されます。セルの安全レベルは、セルが短絡および過充電される可能性があるかどうかによって大まかに分類できます。なぜなら、バッテリーが爆発する前に、材料の表面にリチウム原子が積み重なっていると、爆発がより強力になるからです。また、過充電保護は、故障した充電器を使用する消費者によって防御ラインにまで低下することが多いため、セルの過充電に耐える能力は、外部短絡に耐える能力よりも重要です。

アルミケースとスチールケースの安全性の比較アルミケースはスチールケースよりも安全性に優れています。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。