リチウムイオン電池の安全隠された危険と安全設計

リチウムイオン電池-安全上の問題：

リチウムイオン電池の安全性は、プールの材料の特性だけでなく、電池の準備と使用の技術にも関係しています。携帯電話のバッテリーが頻繁に爆発するのは、保護回路の故障によるものですが、さらに重要なことは、材料の面で問題の根本的な解決策がないことです。

リチウムコバルト酸正極陰極活物質は、コアが小さいという点では非常に成熟したシステムですが、完全に充電された後も、正極に多数のリチウムイオンが残っています。過充電されると、正極に残っているリチウムイオンが負極に集まります。負極でのデンドライトの形成は、コバルト酸リチウム材料を使用したバッテリーの過充電の必然的な結果です。通常の充電および放電プロセス中であっても、デンドライトを形成するために負極に自由に過剰なリチウムイオンが存在する場合があります。コバルト酸リチウム材料の理論上のエネルギーは1グラムあたり270mA以上ですが、そのリサイクル性能を確保するために、実際の使用容量は理論容量の半分にすぎません。使用中、何らかの理由（管理システムの損傷など）により、バッテリーの充電電圧が高すぎ、正極のリチウムの残りの部分が除去され、電解液を介して負極に金属リチウムとして堆積します樹状突起を形成するための電極表面。樹状突起はダイヤフラムに穴を開け、内部短絡を形成します。

電解質の主成分は炭酸塩です。引火点は非常に低く、沸点も低くなっています。特定の条件下では、燃焼したり、爆発したりします。バッテリーが過熱すると、電解液中の炭酸塩が酸化および還元され、大量のガスとより多くの熱が発生します。たとえば、安全弁が不足していたり、ガスが遅すぎて安全弁から放出できない場合、バッテリーの内圧が急激に上昇し、爆発を引き起こします。

高分子電解質リチウムイオン電池は、基本的に安全性の問題を解決しません。コバルト酸リチウムや有機電解液も使用されており、電解液はコロイド状で漏れにくいです。より激しい燃焼が発生します。燃焼はポリマー電池の安全性です。最大の問題。

使用中にもいくつかの問題があります。バッテリーの外部短絡または内部短絡は、数百アンペアの過電流を生成します。バッテリーが短絡すると、バッテリーは瞬時に大量の電流を放電し、それが大量のエネルギーを消費し、大量の熱を発生します。内部短絡により大電流が発生し、温度が上昇してダイヤフラムが溶け、短絡領域が拡大して悪循環を形成します。

単芯で3〜4.2Vの高い動作電圧を実現するためには、リチウムイオン電池は分解電圧が2Vを超える有機電解質を採用する必要があり、有機電解質は高電流高温下で電気分解されます。電解してガスを生成する条件。内圧を上昇させ、シェルを真剣に突破します。

過充電は金属リチウムを沈殿させる可能性があります。シェルが破裂した場合、空気と直接接触すると燃焼し、電解液に点火すると強い炎が発生し、ガスが急速に膨張して爆発します。

また、携帯電話のリチウムイオン電池は、押し出し、衝撃、吸水などの不適切な使用により、電池の膨張、変形、ひび割れなどが発生し、放電時や充電時に電池がショートします。プロセス熱爆発。

リチウムイオン電池の安全設計：

リチウムイオン電池は、不適切な使用による電池の過放電または過充電を回避するために、単一のリチウムイオン電池に三重の保護メカニズムを備えています。 1つは、スイッチングコンポーネントの使用です。バッテリーの温度が上がると、その抵抗が上がります。温度が高すぎると、電源は自動的に停止します。 2つ目は、適切な仕切り材を選択することです。温度が特定の値に上昇すると、パーティションのミクロンのマイクロホールが自動的に溶解するため、リチウムイオンが通過できなくなり、バッテリーの内部反応が停止します。 3つ目は、安全弁（つまり、バッテリー上部の空気放出穴）を設定することです。バッテリーの内圧が一定値まで上昇すると、安全弁が自動的に開き、バッテリーの安全を確保します。

バッテリー自体に安全制御手段がありますが、何らかの理由で、制御不良、安全弁の欠如、または安全弁からガスを放出できない場合、バッテリーの内圧が急激に上昇し、原因となることがあります。爆発。

通常の状況では、リチウムイオン電池に蓄えられる総エネルギーはその安全性に反比例します。バッテリー容量の増加に伴い、バッテリー容量も増加し、放熱性能が低下し、事故の可能性が大幅に高まります。携帯電話用リチウムイオン電池の基本的な要件は、安全事故の確率が100万分の1未満であるということです。これは、一般の人々が受け入れることができる最低の基準です。大容量リチウムイオン電池、特に自動車などの大容量リチウムイオン電池では、強制放熱を利用することが特に重要です。

より安全な電極材料を選択し、マンガン酸リチウム材料を選択することで、正極のリチウムイオンが分子構造の負極のカーボンホールに完全に埋め込まれ、デンドライトの生成が根本的に回避されます。同時に、マンガン酸リチウムの安定した構造により、その酸化性能はコバルト酸リチウムよりもはるかに低くなります。分解温度はコバルト酸リチウムの100°Cを超えています。外力による内部短絡（鍼）、外部短絡、過充電でも十分対応可能です。金属リチウムの沈殿による燃焼や爆発の危険が回避されます。

さらに、リチウムマンガン酸材料の使用も大幅にコストを削減することができます。

既存の安全制御技術の性能を向上させるためには、特に大容量電池にとって重要なリチウムイオン電池コアの安全性能を向上させる必要があります。熱閉鎖性能の良いダイヤフラムを選択してください。ダイヤフラムの役割は、リチウムイオンの通過を可能にしながら、バッテリーの正極と負極を分離することです。温度が上昇すると、ダイヤフラムが溶ける前に閉じられるため、内部抵抗が2000oumuに上昇し、内部反応が停止します。

内圧または温度が事前設定された基準に達すると、ブラストバルブが開き、放電を開始して、内部ガスの蓄積と変形を防ぎ、最終的にシェルが破裂するのを防ぎます。

制御感度の向上、制御パラメーターのより感度の高い選択、および複数のパラメーターを使用した共同制御（これは大容量バッテリーにとって特に重要です）。たとえば、直列/並列のマルチコアで構成される大容量のリチウムイオン電池の場合、ノートブックコンピュータの電圧は10Vを超え、容量が大きくなります。一般に、電圧要件を満たすために、3〜4個の単一セルを直列に使用できます。次に、2〜3個の直列バッテリーを並列に接続して、より大きな容量を確保します。

大容量バッテリー自体は、比較的完全な保護機能を備えている必要があります。保護フレームワークPCBモジュールとSmartBatteryGaugeBoardモジュールの2つの回路基板モジュールも検討する必要があります。セット全体のバッテリー保護設計には、レベル1保護IC（バッテリーの過充電、過放電、短絡を防止するため）、レベル2保護IC（2回目の過圧を防止するため）、ヒューズ、LED表示、温度調整、およびその他のコンポーネントが含まれます。

マルチレベルの保護メカニズムでは、異常な充電器やラップトップの場合でも、ラップトップのバッテリーは自動保護状態にしか切り替えることができません。状況が深刻でない場合は、再接続後も正常に機能します。爆発が発生します。

現在、ラップトップや携帯電話で使用されるリチウムイオン電池に使用されている基礎技術は安全ではなく、より安全な構造を検討する必要があります。

要するに、リチウムイオン電池の将来は、材料技術の進歩とリチウムイオン電池の設計、製造、テスト、および使用の要件に対する理解の高まりによって、より安全になるでしょう。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。