リチウム電池の保護対策と爆発の原因を簡単に説明してください

リチウムベースのバッテリーは、過去20年間で最も急速に成長しているバッテリーシステムであり、現在、電子製品で広く使用されています。最近の携帯電話とラップトップの爆発は、本質的にバッテリーの爆発です。携帯電話とラップトップのバッテリーとは何ですか、それはどのように機能しますか、なぜ爆発があるのですか、そして爆発を回避する方法は？

リチウム電池セルが4.2Vを超える電圧に過充電されると、副作用が発生し始めます。過充電電圧が高いほど、リスクは高くなります。リチウム電池の電圧が4.2Vより高い場合、正極材料に残っているリチウム原子の量は半分未満です。このとき、蓄電池が壊れて電池容量が永久に低下することがよくあります。充電が続くと、負極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負極材料の表面に蓄積します。これらのリチウム原子は、負極の表面からリチウムイオンの方向に向かってデンドライトを成長させます。これらのリチウム金属結晶はセパレーターペーパーを通過し、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、過充電プロセス中に電解液やその他の材料が割れてガスを発生し、バッテリーケーシングまたは圧力バルブが膨らんで破裂し、酸素が入り、負極の表面に堆積したリチウム原子と反応するためです。その後爆発した。

したがって、リチウム電池は、必ず電圧の上限を設定することで、電池の寿命、容量、安全性を同時に実現できます。 4.2Vの理想的な最大充電電圧。リチウム電池の放電電圧は下限になります。セル電圧が2.4V未満になると、一部の材料が破壊され始めます。また、電池は自己放電するので、電圧が低いほど長くなるので、2.4Vにしない方が良いときに放電します。この期間中のリチウム電池の放電は3.0Vから2.4Vで、エネルギーの放出は約バッテリー容量の3％。したがって、は3.0 Vの理想的な放電カットオフ電圧です。電圧と電流の制限に加えて、充電と放電も必要になる場合があります。電流が大きすぎると、リチウムイオンがストアに入ることができず、材料の表面に集まります。

これらのリチウム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、過充電として危険です。バッテリーケースが壊れた場合、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つ以上の要素を含める必要があります。一般的なリチウム電池パックには、リチウム電池コアに加えて、主にこれら3つの保護を提供する保護ボードがあります。ただし、保護ボードのこれら3つの保護は明らかに十分ではなく、世界的なリチウム電池の爆発は依然として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。

爆発の理由：

1、内部分極が大きい。

2、吸水、電解質ガスドラムと反応します。

3、電解質自体の品質、およびパフォーマンスの問題。

4、液体注入液量が技術的要件を満たすことができない場合。

5、漏れ漏れを測定する場合、レーザー溶接シール性能の準備プロセスが不十分です。

6、ほこり、ほこりシートが最初にマイクロ短絡を引き起こす可能性があります。

図７は、陰極スコープから厚く、シェルに硬いプロセスである。

8、フィラーシールの問題、鋼球シールの性能はガスドラムを引き起こすのに悪いです。

9、入ってくる存在するシェル壁の厚さ、シェルの厚さの変形効果。

10、外気温が爆発の主な原因です。

爆発タイプ

爆発タイプ分析バッテリーコアタイプは、外部短絡、内部短絡、過充電の3種類にまとめることができます。外部とは、外部のバッテリーを指し、バッテリーパックが含まれており、短絡による内部絶縁設計が不十分です。外部のバッテリー、電子部品が短絡し、回路を遮断できなかった場合、内部のバッテリーは熱を発生し、電解質の蒸発の一部、バッテリーシェルサポートを引き起こします。バッテリーの内部温度が摂氏135度まで高くなると、高品質の紙、ダイヤフラムが細孔を閉じ、電気化学反応が終了するか、近端、電流、温度がゆっくりと低下し、爆発の発生を回避します。しかし、細孔の閉鎖率が低いか、細孔がダイアフラム紙を閉鎖しないと、電池の温度が上昇し続け、電解質がさらに蒸発し、最終的に電池のシェルが破裂し、電池の温度が上昇して材料が燃焼および爆発する可能性があります。内部短絡は主に、ダイアフラムを貫通する銅箔とアルミ箔のバリ、またはルテニウム膜を貫通するリチウム原子のデンドライトによって引き起こされます。

これらの小さな針状の金属は、微小な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、電流は必ずしも大きくはありません。銅箔やアルミ箔のバリは、製造工程で発生します。観察可能な現象は、バッテリーの漏れが速すぎることであり、それらのほとんどは、バッテリー工場または組立工場でスクリーニングできます。また、バリが小さいため、バリが吹き飛ばされてバッテリーが正常に戻る場合があります。したがって、バリの微小短絡による爆発の可能性は高くありません。このように、各バッテリー工場で充電後すぐに低電圧で不良バッテリーを入手することは可能ですが、爆発イベントや統計的サポートはほとんどありません。したがって、主に過充電が原因で、爆発によって引き起こされる内部短絡。なぜなら、充填後はポールピースニードルのリチウム金属結晶化のいたるところにあるため、マイクロ短絡が発生した場合、ピアスポイントはどこにでもあります。その結果、バッテリーの温度は徐々に上昇し、最終的には高温の電解質ガスになります。この種の状況は、高温の物質が爆発を燃やすか、シェルが壊れたかにかかわらず、酸化リチウムで内部の空気が爆発します。

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。バッテリーの温度が材料を燃焼させるのに十分なほど高くなく、生成されたガスがバッテリーのケーシングを破壊するのに十分でない場合、可能性があります。消費者は充電を終了し、携帯電話を取り出します。このとき、多数の微小短絡により発生する熱により、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起こります。消費者の一般的な説明は、電話を手に取ると、電話が非常に熱くなり、捨てられた後に爆発するというものです。上記の種類の爆発と組み合わせて、過充電の防止、外部短絡の防止、およびバッテリーセルの安全性に焦点を当てることができます。その中でも、過充電防止や外部短絡防止は電子保護であり、バッテリーシステムの設計やバッテリーの組み立てと大きな関係があります。バッテリーの安全性向上の焦点は、化学的および機械的保護であり、バッテリー製造工場と大きな関係があります。

安全な隠れたトラブル

リチウムイオン電池の安全性は、電池の材質そのものだけでなく、電池の準備技術や使用法にも関係しています。携帯電話のバッテリーは、保護回路の故障により頻繁に爆発しますが、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。

コバルト酸リチウムカソード活物質は、小型バッテリーでは非常に成熟したシステムですが、完全に充電した後も、アノードにはまだ多くのリチウムイオンがあり、過充電すると、リチウムイオンのアノードに残っているリチウムイオンがアノードに群がると予想されますは、カソードデンドライト上に形成され、コバルト酸リチウム電池の過充電の結果を使用しています。通常の充電および放電プロセスでも、予備のリチウムイオンカソードデンドライトが形成される可能性があります。エネルギー理論よりもコバルト酸リチウム材料は270MAH以上です。 / gですが、サイクル性能を保証するために、実際の使用容量は理論容量の半分にすぎません。使用過程において、電池電圧によるマネジメントシステムの損傷が高すぎるなどの理由で、正極リチウムの残りの部分が出現し、電解液が金属リチウムデンドライト堆積物の形で負極表面に出現します。デンドライトピアスダイヤフラムは、内部短絡を形成します。

電解質の主成分は炭酸塩で、引火点と沸点が低くなっています。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。安全弁またはガスが安全弁から放出されるのに十分でない場合、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。

リチウムイオン電池用の高分子電解質は、セキュリティの問題を根本的に解決しておらず、コバルト酸リチウムと有機電解質も使用しています。ゲルとしての電解質は、漏れにくいため、より激しい燃焼が発生します。燃焼は、ポリマーの最大の安全性の問題です。バッテリー。

また、アスペクトの使用にはいくつかの問題があります。外部短絡または内部短絡のバッテリーは、数百アンペアの大電流を生成します。外部短絡瞬間大電流はバッテリーを放電し、内部抵抗に多くのエネルギーを費やし、大量の熱を発生させます。大電流の内部短絡、および溶融温度の上昇はダイヤフラムにつながり、短絡領域が拡大し、悪循環を形成します。

リチウムイオン電池は、単一電池のみ3〜4.2 Vの高動作電圧を達成し、2 Vを超える有機電解質電圧を分解するために使用する必要があり、高電流、高温は電気分解、電解生成ガスの条件下で有機電解質を使用します、結果として内圧が高くなり、深刻な場合はシェルが破損します。

過充電リチウムは、シェルの破裂、空気との直接接触の場合に沈殿し、燃焼、同時に点火電解質、強火、ガスの急速な膨張、爆発を引き起こす可能性があります。

携帯電話用リチウムイオン電池、さらに押し出しなどの不適切な使用により、衝撃流入により電池が膨張、変形、割れなどが発生し、電池の短絡、放電時の加熱による爆発、充電プロセス。

リチウム電池の安全性：

不適切な使用によるバッテリーの過放電または過充電を回避するために、シングルセルリチウムイオンバッテリーにはトリプル保護メカニズムが備わっています。まず、スイッチング素子を使用します。バッテリー内部の温度が上昇すると、その抵抗値が上昇します。温度が高すぎると、電源が自動的に停止します。次に、適切なセパレーター材料が選択されます。温度が一定値まで上昇すると、セパレーターのミクロンサイズの微細孔が自動的に溶解するため、リチウムイオンが通過せず、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、バッテリー上部の通気孔）を設定することです。バッテリーの内圧が特定の値に上昇すると、バルブが自動的に開き、バッテリーの安全性が確保されます。

安全管理措置はあるものの、バッテリー自体が何らかの理由で制御に失敗する場合がありますが、爆発によりリリーフバルブやリリーフバルブからバッテリー内圧を解放するガスが不足することがあります。一般に、リチウムイオン電池の総エネルギーとその安全性は反比例します。電池容量の増加に伴い、電池の体積が増加し、熱性能が低下します。事故の可能性は劇的に増加します。携帯電話用のリチウムイオン電池と安全事故の可能性は100万を超える100万未満の基本要件であり、これは社会市民が最低基準を受け入れることができることでもあります。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、強制冷却を採用することが特に重要です。

より安全な電極材料、完全充電状態を保証するための分子構造の観点からのマンガン酸リチウム材料の選択、リチウムイオンのアノードはカソードカーボンホールに完全に埋め込まれており、基本的にデンドライトの生成を回避します。同時にマンガン酸リチウム固体構造は、その性能をコバルト酸リチウム酸化物よりもはるかに低くし、100 ℃を超える分解温度、外力、内部短絡（鍼）、外部短絡、過充電によってもコバルト酸リチウムを生成します、また、金属リチウムの沈殿によって引き起こされる燃焼と爆発の危険を完全に回避することができます。

さらに、マンガン酸リチウム材料を使用すると、コストを大幅に削減できます。

既存の安全制御技術の性能を向上させるためには、まずリチウムイオン電池セルの安全性能を向上させる必要があります。これは、大容量電池にとって特に重要です。ダイヤフラムはホットクローズ良好な性能を選択し、ダイヤフラムの機能は同時にバッテリーが負であり、リチウムイオンの分離が通過できるようになります。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、内部抵抗は2000オームに上昇します。それを止めるために内部応答をさせてください。内圧または温度が事前設定された基準に達すると、防爆バルブが開き、アンロードが開始されます。内部ガスの蓄積が多すぎるのを防ぐために、変形は最終的にシェルの破裂につながりました。制御感度を向上させ、より感度の高い制御パラメーターを選択し、複数のパラメーターの組み合わせで制御します（これは大容量バッテリーでは特に重要でした）。大容量リチウムイオンバッテリーパックは、次のような直列/並列の複数のバッテリーで構成されています。 10 vを超える電圧、大容量のラップトップは、通常3〜4個のシングルバッテリーシリーズを使用して電圧の要件を満たすことができ、大容量を確保するために2〜3シリーズのバッテリーパックを並列にします。

大容量のバッテリーパック自体は、比較的完全な保護機能を備えている必要があります。回路基板保護（ProtecTIonBoardPCB）モジュールとスマートバッテリゲージ基板モジュールの2つの回路基板モジュールも検討する必要があります。完全なバッテリ保護設計には、レベル1保護IC（バッテリの過充電、過放電、短絡を防止するため）、レベル2保護IC（2番目の過電圧を防止するため）、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。

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で使用される基礎となる技術は安全ではなく、より安全な構造が必要です。

要するに、材料技術の進歩とリチウムイオン電池の設計、製造、試験、使用の要件に対する理解の高まりにより、将来のリチウムイオン電池はより安全になるでしょう。

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