리튬 이온 배터리 특성
리튬은 화학주기 표에서 가장 작고 가장 활기찬 금속입니다. 부피가 작고 부피 밀도가 높기 때문에 소비자와 엔지니어에게 널리 인기가 있습니다. 그러나 화학적 특성이 너무 생생하여 매우 높은 위험을 초래합니다. 산소와 함께 공기에 노출 될 때 리튬 금속은 강렬한 산화와 폭발을 일으 킵니다. 안전성과 전압을 향상시키기 위해 과학자들은 리튬 원자를 저장하기 위해 흑연 및 리튬 코발 테이트와 같은 재료를 발명했습니다. 이러한 물질의 분자 구조는 리튬 원자를 저장하는 데 사용할 수있는 작은 저장 격자를 형성합니다. 이런 식으로 배터리 쉘이 파손되고 산소가 들어가더라도 산소 분자가 이러한 작은 저장 셀에 들어가기에는 산소가 너무 커서 리튬 원자가 산소와 접촉하지 않고 폭발을 피할 수 있습니다. 리튬 이온 배터리의이 원리를 통해 사람들은 높은 용량 밀도를 확보하면서 안전 목적을 달성 할 수 있습니다.
리튬 이온 배터리가 충전되면 양극 리튬 원자는 전자를 잃고 리튬 이온으로 산화됩니다. 리튬 이온은 전해질을 통해 음극으로 이동하여 음극의 저장 격자로 들어가 리튬 원자로 환원 된 전자를 얻습니다. 퇴원하면 전체 절차가 뒤집어집니다. 양극과 음극 사이의 단락을 방지하기 위해 단락을 방지하기 위해 얇은 구멍이 많은 다이어프램 용지. 좋은 다이어프램 종이는 또한 배터리 온도가 너무 높을 때 미세한 구멍을 자동으로 닫을 수 있으므로 리튬 이온이 위험을 방지하기 위해 무술을 낭비 할 수 없습니다.
보호 조치
리튬 배터리 셀은 3.7V 이상의 전압으로 과충전되면 부작용이 발생할 수 있습니다. 과충전 전압이 높을수록 위험이 높아집니다. 리튬 전압이 3.7V 이상이되면 양극 재의 리튬 원자 수가 음극 재의 절반 미만이되어 축전지 격자가 자주 붕괴되어 배터리 용량이 영구적으로 감소합니다. 충전이 계속되면 음극 저장 격자가 이미 리튬 원자로 채워져 있기 때문에 후속 리튬 금속이 음극 물질의 표면에 축적됩니다. 이 리튬 원자는 음극 표면에서 리튬 이온 방향으로 가지 결정화를 성장시킵니다. 이 리튬 금속 결정은 양극과 음극을 단락시키기 위해 다이어프램 종이를 통과합니다. 과충전 과정에서 전해질 및 기타 물질이 가스를 분해하여 배터리 쉘 또는 압력 밸브가 부풀어 오르고, 산소가 음극 표면에 축적 된 리튬 원자와 반응 할 수 있도록하기 때문에 단락 전에 배터리가 폭발하는 경우가 있습니다. 터지다. 따라서 리튬 배터리를 충전 할 때 배터리의 수명, 용량 및 안전성을 동시에 고려하여 전압 제한을 설정해야합니다. 3.6V의 이상적인 충전 전압 상한.
리튬 배터리 방전에 대한 낮은 전압 제한도 있어야합니다. 셀 전압이 2V 미만이면 재료의 일부가 파괴되기 시작합니다. 그리고 배터리가 자체 방전되기 때문에 배터리가 충전되지 않은 시간이 길수록 배터리 전압이 낮아집니다. 따라서 셀 볼트를 2V로 방전하지 않는 것이 가장 좋습니다. 3.0V ~ 2.8V의 리튬 배터리 방전 용량은 배터리 용량의 약 3 %에 불과합니다. 따라서 3.0V는 이상적인 방전 차단 전압입니다.
충전 및 방전 과정에서 전류 제한도 필요합니다. 전류가 너무 크면 리튬 이온이 저장 공간에 들어가기에 너무 늦어 재료 표면에 모입니다. 이 리튬 이온은 전자를 얻어 과충전과 마찬가지로 물질 표면에 리튬 원자 결정화를 생성하여 위험을 초래합니다. 배터리 쉘이 파손되면 폭발합니다.
따라서 리튬 이온 배터리의 보호에는 충전 전압 제한, 방전 전압 제한 및 전류 제한의 세 가지 측면이 포함됩니다. 일반적으로 리튬 배터리 팩에는 리튬 전지 외에 배터리 관리 시스템 (BMS)이 있으며 BMS는 주로 이러한 세 가지 보호 기능을 제공하는 장치입니다. 그러나 배터리 관리 시스템은 분명히 충분하지 않습니다. 우리는 전 세계적으로 리튬 배터리 폭발 공격이 일어나는 것을 보았습니다. 배터리 시스템의 안전을 보장하기 위해 아래에 배터리 폭발 원인에 대한보다 신중한 분석이 있습니다.
배터리 폭발 이유 :
1 : 더 큰 세포 내부 분극!
2 : 극판은 물을 흡수하고 전해질과 반응합니다.
3 : 전해질 자체의 품질 및 성능 문제.
4 : 액체 주입량이 공정 요건을 충족하지 않습니다.
5 : 조립 공정, 공기 누출 및 누출 측정 중 레이저 용접의 밀봉 성능이 떨어집니다.
6 : 먼지, 극지 먼지는 먼저 마이크로 단락으로 이어지기 쉽고 구체적인 이유는 알려져 있지 않습니다.
7 : 양극 및 음극 시트가 공정 범위보다 두껍고 쉘에 들어가기가 어렵습니다.
8 : 사출 밀봉 문제 및 강철 비드의 밀봉 성능이 좋지 않아 가스 드럼이 발생합니다.
9 : 쉘 재료는 두꺼운 쉘 벽이며 쉘 변형은 두께에 영향을 미칩니다.
분석
리튬 배터리 폭발의 이유는 다음과 같이 요약 할 수 있습니다.외부 단락, i내부 단락,과과충전. 여기서 외부는 배터리 팩의 열악한 절연 설계로 인한 단락을 포함하여 셀의 외부를 나타냅니다.
외부에서 단락이 발생하면 배터리 및 전자 장치가 회로를 차단하지 못하고 셀 내부에서 높은 열이 발생하여 일부 전해질이 증발하고 배터리 쉘이 크게 유지됩니다. 배터리의 내부 온도가 섭씨 135도까지 높으면 품질 다이어프램 용지가 미세한 구멍을 닫고 전기 화학 반응이 종료되거나 거의 종료되고 전류가 급격히 떨어지고 온도가 천천히 떨어 지므로 폭발을 피할 수 있습니다. 그러나 미세 구멍 폐쇄 속도가 너무 낮거나 전혀 닫히지 않는 다이어프램 용지는 배터리 온도를 계속 상승시키고 더 많은 전해질을 증발시키고 마침내 배터리 쉘을 깨뜨리고 심지어 배터리 온도를 높여 재료가 타거나 폭발합니다.
내부 단락은 주로 구리 호일과 알루미늄 호일의 버 또는 리튬 원자의 구부러진 결정화로 인해 발생합니다. 이 작은 바늘 모양의 금속은 마이크로 단락을 일으킬 수 있습니다. 바늘은 특정 저항으로 매우 미세하기 때문에 전류가 그리 크지 않습니다. 구리 및 알루미늄 호일 버는 생산 공정에서 발생하며 관찰 된 현상은 배터리 누출이 너무 빠르며 대부분 핵심 공장 또는 조립 공장에서 가려 낼 수 있다는 것입니다. 또한 작은 버는 작고 때로는 타서 배터리를 정상으로 되돌립니다. 따라서 Burr Micro 단락으로 인한 폭발 가능성이 높지 않습니다.
모든 리튬 이온 전지 공장은 곧 충전 된 후 낮은 전압이되는 불량 배터리를 발견 할 수 있지만 통계 데이터를 참조하면 폭발이 거의 발생하지 않습니다. 따라서 내부 단락으로 인한 폭발은 주로 과충전으로 인해 발생합니다. 과충전 된 극판은 바늘 리튬 금속 결정화로 가득 차 있기 때문에 구멍이 어디에나있어 마이크로 단락이 발생합니다. 따라서 배터리 온도가 서서히 상승하고 마지막으로 고온이 전해질 가스를 유발합니다. 이 과정에서 고온이 재료 연소 폭발을 일으키거나 껍질이 먼저 깨지면 공기가 들어가고 리튬 금속이 격렬하게 산화되어 폭발을 일으킬 것입니다.
그러나 내부 단락으로 인한 폭발은 충전시 발생하지 않았습니다. 배터리 온도가 너무 높지 않아 재료가 타지 않거나 생성 된 가스가 배터리 쉘을 파손하기에 충분하지 않기 때문에 사용자가 충전을 중지합니다. 이때 많은 마이크로 단락에서 발생하는 열로 인해 배터리 온도가 서서히 상승하고 일정 시간이 지나면 폭발이 발생했습니다.
위의 폭발 유형에 따라Torphan기술 팀은 과충전 보호, 외부 단락 방지 및 폭발 방지에 대한 셀의 안전성 향상에 중점을 둡니다. 이 중 과충전 방지 및 외부 단락 방지는 전자 보호에 속하며 이는 배터리 시스템 설계 및 배터리 팩 설치와 매우 관련이 있습니다. 셀 안전 개선의 초점은 배터리 셀 제조업체와 크게 관련이있는 화학적 및 기계적 보호입니다.
디자인 사양
Torphan 배터리 관리 시스템은 충전기와 배터리 팩을 포함하여 각각 과충전, 과방 전 및 과전류에 대한 두 가지 안전 보호 기능을 제공 할 수 있습니다. Torphan 충전기는 AC를 DC로 전환하고 DC의 최대 전류 및 최대 전압을 제한합니다. 배터리 팩 보호에는 배터리 관리 시스템과 배터리 셀의 두 부분이 포함되어 있습니다. 첫 번째 보호를 위해 배터리 관리 시스템은 충전기와 통신 할 수 있으며, 충전 신호 흐름 제한 및 중지와 같은 칭찬을 충전기에 보냅니다. 수집 된 배터리 정보에. 충전기가 신호를 수신하면 충전기가 자동으로 충전 전류를 줄이거 나 충전을 중지합니다. 충전기가 배터리 관리 시스템과 통신하지 못하면 배터리 관리 시스템은 배터리 팩 내부의 릴레이를 분리하고 두 번째 보호 인 전체 충전 회로를 차단합니다. 즉, 회로가 고장 나도 배터리가 작동하지 않습니다. 과충전되고 위험합니다.
간단히 말해, 배터리 시스템 설계 중에 전자 보호는 과충전, 과방 전 및 과전류에 대한 첫 번째 보호입니다. 배터리 관리 시스템은 두 번째 보호 장치입니다.
위의 방법은 두 가지 보호 기능을 제공하지만 때때로 소비자는 충전기가 고장 났을 때 배터리를 충전하기 위해 정품이 아닌 충전기를 구입하여 배터리 관리와 통신 할 수없는 저품질 충전기 또는 하나의 충전기를 구입할 수 있습니다. 이로 인해 첫 번째 보호가 손실됩니다. 과충전은 배터리 폭발의 가장 중요한 요소이므로 열등한 충전기는 배터리 폭발의 원인이라고 할 수 있습니다.
최종 방어선
전자 보호가 실패하면 마지막 방어선이 셀에서 제공됩니다. 셀의 안전 수준은 외부 단락 및 과충전에 의해 셀이 분리 될 수 있는지 여부에 따라 약간 다를 수 있습니다. 배터리가 폭발하기 전에 리튬 원자가 재료 표면의 내부에 축적되기 때문입니다. 더욱이 과충전 방지는 소비자가 열등한 충전기를 사용하고 방어선이 하나뿐이기 때문에 종종 외부 단락에 저항하는 능력보다 셀 과충전 저항이 더 중요합니다.
