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Warum explodiert die Lithium-Ionen-Batterie?

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Die Explosionsarten von Lithium-Ionen-Batterien werden hauptsächlich in Kurzschluss und Überladung unterteilt, und Kurzschluss wird in internen Kurzschluss und externen Kurzschluss unterteilt.

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Lithium-Batterie, ich denke, wir sollten strenger sein. Sie sollte Lithium-Ionen-Sekundärbatterie genannt werden. Li ist das Metall mit dem kleinsten Durchmesser und dem aktivsten Metall auf dem Periodensystem der Elemente. Wenn Sie sich nicht sicher sind, können Sie sich das Periodensystem "Lithium-Wasserstoff-Helium-Beryllium-Bor, Kohlenstoff-Stickstoff, Sauerstoff, Fluor und Neon..." ansehen. Da Li diese Eigenschaften aufweist, wird es von intelligenten Wissenschaftlern und Ingenieuren bevorzugt.

Allerdings ist auch dies ein zweischneidiges Schwert. Wenn Lithiummetall der Luft ausgesetzt wird, oxidiert es heftig mit dem Sauerstoff in der Luft und explodiert. Dies ist auch ein schwieriges Problem beim Prä-Lithium. Deshalb verwenden wir in den täglichen Elektrodenmaterialien normalerweise Legierungsmaterialien und Graphit, um Lithiumatome zu speichern. Diese Materialien sind wie ein kleines Speichergitter. Die Lithiumatome liegen darin, und die größeren Sauerstoffmoleküle können nicht eindringen. Ihre Reaktion findet nicht statt, vermeidet Explosionen und dient somit der Sicherheit.

Wenn eine Lithium-Ionen-Batterie geladen wird, verlieren die Lithiumatome in der positiven Elektrode Elektronen und oxidieren zu Lithium-Ionen. Die Lithiumionen gelangen durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode, dringen in die Schichtstruktur der negativen Elektrode ein und erhalten ein Elektron, das zu Lithiumatomen reduziert wird. Beim Entladen wird der gesamte Vorgang umgekehrt. (Dies ist der Ursprung der Schaukelstuhlbatterie. Die Schaukelstuhlbatterie bezieht sich auf den Lade- und Entladeprozess der Lithium-Ionen-Batterie, d.h. den Einlagerungs- und Auslagerungsprozess von Lithium-Ionen. Während der Interkalation und Deinterkalation von Lithium-Ionen wird sie von dem Äquivalent von Lithium-Ionen begleitet. Interkalation und Deinterkalation von Elektronen. Beim Lade- und Entladevorgang werden Lithium-Ionen zwischen der positiven und negativen Elektrode interkaliert / deinterkaliert und interkaliert / deinterkaliert). Um den Kurzschluss zu verhindern, der durch den direkten Kontakt zwischen den positiven und negativen Elektroden der Batterie verursacht wird, wird in der Batterie ein Diaphragma mit vielen Poren hinzugefügt, um einen Kurzschluss zu verhindern. Ein gutes Diaphragma kann die Poren auch automatisch schließen, wenn die Batterietemperatur zu hoch ist, so dass Lithium-Ionen nicht durchdringen können, um Gefahren zu vermeiden.

Häufige Explosionsursachen bei Lithium-Ionen-Batterien

Es gibt schwerwiegende Qualitätsprobleme bei Rohstoffen und Eingangsmaterialien, vor allem bei der Qualität des Elektrolyten;

Das Elektrodenstück absorbiert Wasser, und das Wasser reagiert mit dem Elektrolyten, um eine große Menge an Gas und Wärme zu erzeugen;

Die Ergebnisse zeigen, dass der Innenwiderstand der Ladungsentladung aufgrund der geringeren Flüssigkeitseinspritzung größer ist, was die Lithiumionenübertragung beeinträchtigt;

Die Schweiß- und Abdichtverfahren der Abdeckung sind schlecht, die Abdichtungsleistung ist schlecht, es kommt zu Luftleckagen und die äußere Feuchtigkeit dringt ein;

Der interne Mikrokurzschluss ist hauptsächlich Staubgrat, der hauptsächlich durch das Abschneiden der Elektrodenplatte und den Schneidgrat verursacht wird;

Wenn der Strom zu hoch ist, kann die negative Elektrode nicht mehr Lithiumionen aufnehmen, wodurch Dendriten gebildet werden, das Diaphragma durchstochen und ein Kurzschluss verursacht wird;

Die Batterie wird überladen, die Materialstruktur bricht zusammen, und die Lithium-Dendriten bilden eine durchdringende Membran.

Analyse des Explosionstyps einer Lithium-Ionen-Batterie

Die Explosionsarten von Lithium-Ionen-Batterien werden hauptsächlich in Kurzschluss und Überladung unterteilt, und Kurzschluss wird in internen Kurzschluss und externen Kurzschluss unterteilt.

Lassen Sie uns zuerst über den externen Kurzschluss sprechen. Das Prinzip ist sehr einfach. Eine leitende Substanz verbindet die positiven und negativen Elektroden gleichzeitig von der Außenseite der Batterie. Wenn ein externer Kurzschluss auftritt, erhöht sich der Strom, und die Batterie beginnt, Wärme zu erzeugen. Wenn die Wärme größer wird, zersetzt sich der Elektrolyt unter Bildung einer großen Menge Gas, und die Batterie schwillt an.

Wir haben gesagt, dass viele Membranen die Funktion haben, die Poren zu schließen. Bei einer bestimmten Temperatur schließen die Membranen die Poren und verhindern die Übertragung von Lithium-Ionen, wodurch die chemische Reaktion blockiert wird. Der Strom sinkt und auch die Temperatur sinkt langsam ab, wodurch eine Batterieexplosion vermieden wird. Natürlich basiert das oben Gesagte nur auf einer qualitativ guten Membran.

Der interne Kurzschluss wird hauptsächlich durch die Grate von Kupfer- und Aluminiumfolie, die die Membran durchstoßen, oder durch den Dendritenkristall aus Lithiumatomen, der die Membran durchstößt, verursacht. Diese winzigen nadelförmigen Metalle können Mikrokurzschlüsse verursachen. Da sie sehr dünn sind und einen bestimmten Widerstandswert haben, kann der Strom nicht sehr groß sein. Grate von Kupfer- und Aluminiumfolie können im Produktionsprozess entstehen. Die Phänomene, die beobachtet werden können, sind das Auslaufen von Batterien und eine schnelle Selbstentladung. Die meisten davon können von Kurzschlusstestern erkannt werden. Außerdem ist der Grat aufgrund des kleinen Grats manchmal ausgebrannt, wodurch die Batterie wieder in den Normalzustand zurückkehrt. Daher ist die Wahrscheinlichkeit einer Explosion aufgrund eines Mikrokurzschlusses des Grats nicht hoch. Grat entsteht hauptsächlich beim Schlitzen, Laserschneiden hat wenige Grate.

Es gibt mehr Quellen für Dendriten (wenn das flüssige Metall erstarrt, wächst der Festkristallkern entlang bestimmter Kristallrichtungen schneller, was zur Bildung von dendritischen Kristallen führt, die als Dendriten bezeichnet werden. Die allgemeine Größe der Dendriten ist sehr klein, die Länge beträgt nur wenige Millimeter. Der Kristall besteht aus Zehntausenden oder Millionen von Kristallkörnern. Die Kristallkörner in einem Dendriten haben eine ähnliche Orientierung. Die schwerwiegende Dendritenstruktur wirkt sich nachteilig auf die Thermoplastizität aus), die durch hohen Strom, Lithiumausfällung usw. verursacht wird.

Die durch Überladung verursachte Explosion ist relativ häufig. Nach einer Überladung befinden sich nadelartige Lithiumkristalle auf der Elektrodenplatte, überall sind Einstichstellen, und überall tritt ein Mikrokurzschluss auf. Daher wird die Batterietemperatur allmählich ansteigen, und schließlich wird die hohe Temperatur das Elektrolytgas verändern. In diesem Fall handelt es sich um Explosionen, unabhängig davon, ob die Temperatur zu hoch ist, um das Material brennen und explodieren zu lassen, oder ob zuerst die Hülle zerbricht, wodurch die Luft eindringt und das Lithiummetall heftig oxidiert. Die Explosion, die durch einen internen Kurzschluss aufgrund einer Überladung verursacht wird, muss jedoch nicht unbedingt zum Zeitpunkt der Aufladung erfolgen.

Nach der Analyse gängiger Mobiltelefonbatterien gibt es immer noch einen Fall, in dem die Batterietemperatur nicht hoch genug ist, um das Material zu verbrennen, und das erzeugte Gas nicht ausreicht, um das Batteriegehäuse zu durchbrechen. Dann beenden wir den Ladevorgang und nehmen das Mobiltelefon heraus.

Zu diesem Zeitpunkt erhöht die von vielen Mikrokurzschlüssen erzeugte Wärme allmählich die Temperatur der Batterie. Nach einer gewissen Zeit erfolgt die Explosion. Die gängige Beschreibung der Verbraucher lautet, dass das Telefon, wenn es in die Hand genommen wird, sehr heiß ist und nach dem Wegwerfen explodiert. Obwohl es jetzt eine automatische Abschaltfunktion hat, aber immer noch eine warme Erinnerung, sollten Sie versuchen, es für eine lange Zeit nicht aufzuladen.

Schutzmechanismus für Lithium-Ionen-Batterie

Ganz gleich, ob es sich um das Laden oder Entladen handelt, wir haben eine Maßnahme, in der Regel die Verwendung von Spannung zum Anhalten. Nehmen wir die ternäre Batterie mit Lithium-Nickel-Kobalt-Manganoxid und Graphitanode als Beispiel. Wenn die Ladespannung der Batterie höher als 4,2V ist, wird die Gefahr leise kommen. Je höher die Spannung, desto größer die Gefahr. Denn wenn die Spannung höher als 4,2V ist, nimmt die Anzahl der Lithiumatome im Material der positiven Elektrode ab, die Struktur der gespeicherten Atome kollabiert, was permanent und irreversibel ist.

Wenn Sie weiter aufladen, erzeugt das Lithium-Ion auf der Oberfläche der negativen Elektrode Lithiummetall mit Elektronen, die Dendriten genannt werden. Diese Dendriten werden den Separator durchstoßen und die positive und negative Elektrode kurzschließen.

Eine Überladung wird auch die Temperatur erhöhen. Wenn die Temperatur 180°C übersteigt, zersetzt sich der Elektrolyt und erzeugt eine große Menge an Gas und Wärme. Die Hülle wird sich ausdehnen. Nach dem Bruch tritt Sauerstoff ein, reagiert heftig mit Lithiummetall und explodiert. Daher ist die Obergrenze der Ladespannung eine Schutzmaßnahme.

Die letzte Verteidigungslinie für die Lithium-Ionen-Batterie

Gewöhnlich verfügen unsere Batterien, ob es sich nun um ein Mobiltelefon oder einen Akkumulator handelt, über ein Batteriemanagementsystem (oder Software) und eine Batterieschutzplatine zur Überwachung der Batteriespannung während des Lade- und Entladevorgangs, um Überladung, Überentladung, große

Aktuelle Generation. Wenn keiner der oben genannten Faktoren die Batterie schützen und die Explosion vermeiden kann, ist es nur möglich, den Schaden durch Selbstzerstörung zu verringern. Diese müssen von der Batteriezelle bereitgestellt werden, wie z.B. ein explosionsgeschütztes Ventil der Batterie, eine Anti-Überladungssicherung mit SSD-Flip-Flop, Stromunterbrechung und Druckentlastung, um das Risiko einer Batterieexplosion zu verringern.

DGBell verfügt über spezielle Testkammern, die sich mit der Überladung und Überentladung des Akkus und dem Auftreten eines Kurzschlusses befassen. Wir haben uns auf den Sicherheitstest der Batterie konzentriert.