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Composición de la batería de iones de litio y protección contra cortocircuitos
- Sep 05, 2018 -

Las baterías de iones de litio (baterías de iones de litio) son el desarrollo de las baterías de litio. Antes de introducir Li-ion, debe introducir la batería de litio. Por ejemplo, la batería de botón utilizada en la cámara anterior era una batería de litio. El material del electrodo positivo de la batería de litio es dióxido de manganeso o cloruro de tionilo, y el electrodo negativo es litio. Una vez ensamblada la batería, ésta tiene voltaje y no necesita recargarse. Dicha batería también se puede cargar, pero el rendimiento del ciclo no es bueno. Las dendritas de litio se forman fácilmente durante el ciclo de carga y descarga, causando cortocircuitos internos en la batería, por lo que en general, se prohíbe que se carguen dichas baterías.

Más tarde, Sony Corporation de Japón inventó un material de carbono como electrodo negativo y un compuesto que contiene litio como electrodo positivo. En el proceso de carga y descarga, no existe metal litio, solo iones de litio, que es una batería de ion litio. Cuando la batería está cargada, se generan iones de litio en el electrodo positivo de la batería, y los iones de litio generados se mueven al electrodo negativo a través del electrolito. El carbono como electrodo negativo tiene una estructura en capas, y tiene muchos microporos, y los iones de litio que alcanzan el electrodo negativo están incrustados en los microporos de la capa de carbono, y mientras más iones de litio estén incrustados, mayor será la capacidad de carga. De manera similar, cuando se descarga la batería (es decir, el proceso que usamos), los iones de litio incrustados en la capa de carbono del electrodo negativo salen y regresan al electrodo positivo. Mientras más iones de litio regresen al electrodo positivo, mayor será la capacidad de descarga.

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Lo que usualmente llamamos capacidad de la batería se refiere a la capacidad de descarga. Durante la carga y descarga de Li-ion, los iones de litio se encuentran en un estado de movimiento de electrodo positivo a electrodo negativo a electrodo positivo. Las baterías de ion-litio son como una mecedora. Los dos extremos de la mecedora son los dos polos de la batería, y el ion litio corre de un lado a otro en la mecedora como un atleta. Por lo tanto, las baterías de iones de litio también se llaman baterías de mecedoras.

La composición de la batería de ion litio:

Carcasa de acero / carcasa de aluminio / cilindro / serie de embalaje flexible:

(1) Electrodo positivo: el material activo es generalmente manganato de litio o óxido de litio cobalto, óxido de litio níquel cobalto manganeso, generalmente se usa bicicleta eléctrica manganato de cobalto níquel (comúnmente conocido como ternario) o ternario + pequeña cantidad de manganato de litio puro El manganato de litio y el fosfato de hierro y litio se desvanecen gradualmente debido a su gran tamaño, bajo rendimiento o alto costo. El fluido del electrodo es una lámina de aluminio electrolítico con un espesor de 10 a 20 μm.

(2) Separador: una película de polímero especialmente formada con una estructura microporosa que permite que los iones de litio pasen libremente sin que pasen los electrones.

(3) Electrodo negativo: el material activo es grafito o carbono de aproximadamente una estructura de grafito, y el colector de corriente conductora usa una lámina de cobre electrolítico con un espesor de 7-15 μm.

(4) Electrólito orgánico: un solvente de carbonato en el que se disuelve hexafluorofosfato de litio, y se utiliza un polímero como electrolito.

caja de la batería: dividida en carcasa de acero (el tipo cuadrado rara vez se usa), carcasa de aluminio, carcasa de hierro niquelado (utilizada en la batería cilíndrica), película de plástico de aluminio (embalaje suave), etc., así como la tapa de la batería, pero también La batería es positiva. Terminal negativo.

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Diafragma

En la actualidad, entre todas las materias primas utilizadas en la fabricación de baterías de iones de litio, solo es necesario importar el diafragma. El resto de los materiales se producen a nivel nacional. ¿Asi que? Aquí presentamos primero el siguiente conocimiento sobre el diafragma.

En las baterías de iones de litio, el papel del diafragma es:

1. El electrodo positivo y el electrodo negativo están separados para evitar cortocircuitos cuando los dos electrodos están en contacto;

2. Proporcionar suficientes poros para los iones de litio, de modo que los iones de litio se desintercalan del material activo del electrodo positivo durante la carga, y fluyen al electrodo negativo a través del separador; Mientras se descargan, los iones de litio se desincluyen del electrodo negativo a través del diafragma al electrodo positivo. Por esta razón, debe haber un hueco en el diafragma.

Dado que las baterías de iones de litio se mueven constantemente hacia una gran capacidad, miniaturización y peso ligero, se requiere que el diafragma cumpla con los siguientes requisitos:

De la capacidad de mejorar la conducción de iones de litio:

(1) El diafragma debe tener una proporción de huecos lo suficientemente grande como para facilitar el paso de los iones de litio desde los poros. La porosidad es generalmente del 30-60%?

(2) El material separador tiene cierta afinidad por la solución de electrolito para acomodar la solución de electrolito. Los dos puntos anteriores son para reducir la resistencia interna de la batería para facilitar el flujo de iones de litio, reduciendo así la resistencia interna de la batería;

De los requisitos de seguridad de la batería:

(3) Los poros no deben ser demasiado grandes para evitar micro cortocircuitos;

(4) Tener suficiente capacidad antipunción para evitar ser perforado por algunas partículas y causar un cortocircuito parcial;

(5) El material separador tiene suficiente estabilidad química y no reacciona químicamente con el electrolito;

(6) El diafragma debe tener la función de cerrar los poros. Cuando la batería se calienta en caso de accidente, el espacio del diafragma se calienta, se funde y se cierra, lo que evita que fluyan los iones de litio, es decir, que se corte la corriente y se evite el incendio y la explosión. ocurrió un gran accidente;

(7) La contracción térmica y la deformabilidad del diafragma deben ser lo más pequeñas posible;

Tenga en cuenta la capacidad de la batería:

(8) El diafragma debe ser lo más delgado posible para reducir el espacio ocupado por el diafragma en la batería; el grosor del diafragma es generalmente de 10-50 μm. Por razones de seguridad, cuanto mayor sea la capacidad de la batería de iones de litio, más grueso será el diafragma utilizado. Por ejemplo, una batería de teléfono celular general puede usar un diafragma de 16 μm, una batería 18650 usa un diafragma de 25 μm, y una batería de potencia usa un diafragma de 40 μm.

Desde la perspectiva del rendimiento de procesamiento:

(9) Hay suficiente resistencia a la tracción para que el diafragma no se rompa ni se rompa cuando se ensambla la batería.

La dificultad para hacer los separadores de baterías de iones de litio es que muchos de los requisitos anteriores son contradictorios. Por ejemplo, para reducir la resistencia interna, se requiere que la porosidad del separador sea alta, pero cuanto mayor sea la porosidad del separador, peor será la resistencia del separador y más probable será que ocurra un cortocircuito. De manera similar, para aumentar la capacidad, el diafragma debe ser lo más delgado posible, pero más delgada es la resistencia. Lo peor.

Protección contra cortocircuitos para baterías de ion litio:

Las baterías de iones de litio tienen el riesgo de cortocircuito interno debido a muchos factores, como el sistema de materiales y el proceso de fabricación. Si bien las baterías de iones de litio se han sometido a un estricto proceso de cribado y autodescarga en la fábrica, debido a la falla del proceso y otros factores de uso impredecibles, todavía existe una cierta probabilidad de falla que provoque cortocircuitos internos durante el uso. Para la batería de energía, la batería de iones de litio en el paquete de batería tiene varios cientos o incluso decenas de miles de nudos, lo que aumenta considerablemente la probabilidad de que el paquete de batería sea corto en su interior. Debido a la gran energía contenida en la batería de alimentación, la aparición de un cortocircuito interno es fácil de inducir a un accidente maligno, lo que resulta en pérdidas y pérdidas de propiedad.

Para un módulo de batería de iones de litio paralelo, cuando una o más de las baterías son de corta duración, otras baterías en el módulo de batería las descargarán y la energía de la batería aumentará rápidamente la temperatura de la batería corta. Es fácil inducir el embalamiento térmico, lo que eventualmente causa que la batería explote. Como se muestra en la Figura 1

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La detección de temperatura convencional puede indicar al CI que corte el circuito principal cuando la batería se está calentando, pero no puede evitar la descarga continua dentro del módulo de batería paralelo, y como el circuito principal está cortado, toda la energía del módulo de batería es Se concentra en la batería interna de cortocircuito, pero en cambio aumenta. La posibilidad de un fugitivo térmico.

La solución ideal es cortar el circuito de conexión entre la batería y otras baterías en el módulo cuando se encuentra que cierta batería es corta y cálida. Como se muestra en la Figura 2, los productos de la serie TE PPTC o MHP-TA se ensamblan en una sola batería. Cuando ocurre un cortocircuito interno, el dispositivo de protección TE puede bloquear efectivamente la conexión entre la batería del cortocircuito interno y otras baterías en el módulo para prevenir un accidente grave. ocurrir. Para un paquete de baterías con una gran cantidad de celdas individuales, se requiere la consistencia de la resistencia interna de la batería y el dispositivo cuando se ensambla el grupo, y el MHP-TA tiene una muy buena consistencia de la resistencia del dispositivo debido a su Estructura interna bimetálica, que puede satisfacer en gran medida los requisitos de resistencia interna de la batería.

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La composición del sistema y las condiciones reales de la carretera de las baterías de iones de litio son complejas, y la protección de los dispositivos pasivos es indispensable.


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