लिथियम बहुलक बैटरी कितनी मात्रा में विस्तारित होती हैं?

Question

मैं एक छोटी लिथियम बहुलक बैटरी (4x12x30 मिमी, 120 एमएएच-एच) के साथ एक उपकरण डिजाइन कर रहा हूं। इस तरह दिखता है:

मैंने सुना है कि अंगूठे का एक नियम है कि विस्तार के लिए अनुमति देने के लिए नाममात्र आयामों की तुलना में एक मामले में बैटरी के लिए छोड़ा गया स्थान लगभग 10% बड़ा होना चाहिए (मुझे मुख्य रूप से मोटाई में लगता है)। अतिरिक्त 10% काफी बड़ा लगता है।

1. अंगूठे का यह नियम कहां से आता है? क्या लिथियम पॉलीमर कोशिकाओं को लगाने के लिए एक बड़े डिब्बे में कोई आधिकारिक सिफारिश है?

2. ये बैटरी सामान्य उपयोग में कितना विस्तार और सिकुड़ती है? उदाहरण के लिए, चक्रों को चार्ज / डिस्चार्ज करने के दौरान, सामान्य तापमान रेंज (-20C से 60C) पर तापमान चक्र, आदि।

3. यदि खराबी के मामले में बैटरी एक कठोर डिब्बे में है तो क्या होगा? अगर बैटरी आंतरिक रूप से कम हो जाती है, तो बैटरी "पफ आउट" होना बहुत आम बात है, लेकिन अगर बैटरी एक डिब्बे में हो तो क्या होता है? (मान लें कि कम्पार्टमेंट मजबूत होता है दबाव बनाने का सामना करने के लिए) क्या दबाव / दीवारें कम बदतर, या बेहतर बनाती हैं?

Comments

मेरे द्वारा पढ़े गए पत्रों में, यह एनोड या कैथोड था जिसने 10% को हिला दिया था, इसलिए मुझे लगता है कि 10% आता है।

— वोल्टेज स्पाइक

@ मुझे लगता है कि सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि स्वेल परीक्षण स्वयं करें, या निर्माता से प्राप्त करें। यह करना मुश्किल नहीं है, बस माइक्रोमीटर का एक सेट और सेल को चार्ज करने और डिस्चार्ज करने का एक तरीका चाहिए

— वोल्टेज स्पाइक

जहाँ तक बैटरी को फुलाने की बात है, बैटरी को विस्तार या वेंट के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। बैग प्रकार की बैटरी जैसे आपके फोटो में विस्तार होता है, 18650s वेंट जैसे कठोर गोले। एक विफलता बिंदु को विनाशकारी विफलता को रोकने के लिए प्रदान किया जाना चाहिए, इसलिए यदि आप एक बैग प्रकार की बैटरी के साथ कुछ डिज़ाइन करते हैं, यदि संभव हो, तो विफलता को अंकन में डाल दें यह सुनिश्चित करने के लिए कि बैटरी बैग का विस्तार होता है, और खुले या नहीं, इसकी अनुमति दें। आस-पास की आकृतियाँ जो विस्तारित बैटरी को पंचर करेंगी। केवल अगर मामले का विस्तार करना संभव नहीं है, तो यह सुनिश्चित करने के लिए एक विफलता बिंदु प्रदान किया जाना चाहिए कि मामला बाहर निकल जाएगा।

— केएच

इसमें से अधिकांश मूल रूप से आग को विस्फोट बनने से रोक रहा है। यदि एक बैटरी प्रकार का उपयोग किया जाता है जिसे वेंट करना होगा, IE 18650, तो आवरण को वेंट या विस्तार करने में सक्षम होना चाहिए। प्लास्टिक में एक कमजोर बिंदु, एक रबर / नरम गोंद प्लग या स्नैप के अलावा तनावपूर्ण हुक सभी स्वीकार्य हैं। वास्तविक रूप से, इस साल मैंने अपने सैमसंग गैलेक्सी एस 6 का उपयोग किया, जब तक कि बैटरी केवल 2 मिनट के लिए फोन को पावर देने के लिए पर्याप्त चार्ज नहीं कर सकती थी। मैं Lifeproof मामलों का उपयोग करता हूं, जो कि जलरोधी हैं, इसलिए पूरी तरह से सील और सामने और पीछे की क्लिप और काफी महत्वपूर्ण बल के साथ पकड़।

— केएच

जब मैं अंत में इसे बदलने के लिए चारों ओर हो गया और बाहरी मामले को खोल दिया, तो इसके मजबूत दबाव के बिना फोन को एक साथ पकड़े हुए, आगे और पीछे के कवर दोनों को विस्तार बैटरी (फ्रेम विफलता बिंदु) द्वारा फ्रेम के ठीक बाहर पॉपअप किया गया था, इसलिए मैंने यदि आप चाहें तो अपने प्रश्न के लिए एक तस्वीर या दो प्रदान कर सकते हैं। ध्यान दें कि संपीड़न के बावजूद, जलरोधी मामले में पर्याप्त विफलता बिंदु होते हैं, जैसे कि बैटरी ने वेंट किया था (पॉप के रूप में इतना विस्तार करें), यूएसबी पोर्ट कवर, ईयर फोन जैक कवर और मिश्रित पतले झिल्ली खुलेंगे / विफल, एक को रोकना विस्फोट।

— केएच

Answer 1

इस पेपर ने एक सेल को मापा, उन्होंने एक चार्ज चक्र पर अधिकतम 0.5% विस्तार की सूचना दी:

स्रोत: लिथियम आयन पाउच सेल बैटरियों का विस्तार: न्यूट्रॉन इमेजिंग चित्रा 7 से अवलोकन

बैटरी के जीवनकाल में, यह 1.5% से अधिक बह गया

स्रोत: लिथियम आयन पाउच सेल बैटरियों का विस्तार: न्यूट्रॉन इमेजिंग चित्रा 9 से अवलोकन

एक आधार रेखा के लिए इन नंबरों का उपयोग कर सकता है, लेकिन इन मापों को एक उचित डिग्री तक बनाना मुश्किल नहीं है। चूंकि बैटरी अलग-अलग एनोड \ कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट संयोजन के साथ बनाई जाती हैं जो निर्माता से निर्माता में भिन्न होती हैं, इसलिए निर्माता को सूजन पर परामर्श करना या इसे मापना बुद्धिमान होगा।

यदि आप वास्तव में यह जानना चाहते हैं कि आपकी बैटरी में कितनी सूजन है, तो एक माइक्रोमीटर प्राप्त करें और इसे छुट्टी दे दी जाए, फिर इसे पूरी तरह से चार्ज करें और देखें कि अंतर क्या है। अधिकतम निर्वहन के तहत सेल को मापें, क्योंकि थर्मल विस्तार के साथ सेल अधिक सूज जाते हैं। बैटरी और विनिर्माण सहिष्णुता में अंतर के लिए अपने स्वयं के अतिरिक्त मार्जिन दें।

कोशिकाएं भी बीच में अधिक उभार लेती हैं यदि वे गर्म होती हैं तो बाहर। इसलिए सुनिश्चित करें कि आप सेल के मध्य को मापते हैं।

स्रोत: https://www.researchgate.net/publication/283720424_A_novel_thermal_swelling_model_for_a_rechararian_l लिथियम-ion_battery_cell

Answer 2

नैनोस्कोपिक स्तर पर इलेक्ट्रोड के इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री के कारण अपरिहार्य इलेक्ट्रोड विस्तार / संकुचन के बीच एक अंतर होना चाहिए (जिसे लैक्टो 2 डी द्वारा प्रस्तुत किया गया था), और पाउच-प्रकार की कोशिकाओं के "बैटरी सूजन / पफिंग" (के.आर.कुल द्वारा प्रस्तुत) के कारण। इलेक्ट्रोलाइट अपघटन / outgassing, जो एक सेल की खराबी और / या खराब निर्माण गुणवत्ता का संकेत है।

पफिंग के बारे में, इसके बारे में कई सिद्धांत हैं, लेकिन ऐसा लगता है कि मुख्य कारण कुछ इलेक्ट्रोलाइट अपघटन और धातु का निर्माण होता है जब कोशिकाओं को लंबे समय तक लगभग छुट्टी दे दी जाती है।

विनिर्माण मुद्दा उत्पादन प्रक्रिया से संबंधित है, जहां कोशिकाओं को सील होने से पहले "गठित" किया जाता है , जिससे इलेक्ट्रोलाइट को आउटगैस में रखा जा सकता है। यदि फॉर्मिंग मैला / बहुत तेजी से किया जाता है, तो बिक्री में अभी भी कुछ गैस बिल्ड-अप है और समय के साथ पफ होगा।

स्पष्ट रूप से व्यवहार में समग्र कोशिका विस्तार दो प्रभावों का एक संयोजन है, और अच्छी तरह से निर्मित कोशिकाओं के कुछ अध्ययन 50 चक्रों के बाद 4% तक विस्तार दिखाते हैं, इस प्रकाशन को देखें ।

जबकि इलेक्ट्रोड मोटाई का 0.5% -1% प्राकृतिक है और बैटरी कंपार्टमेंट के कुछ ओवरसाइज के साथ समायोजित किया जा सकता है, लेकिन अत्यधिक अपरिवर्तनीय फ़फ़र भयावह विफलता के लिए एक गंभीर अग्रदूत है। ग्राहक के मुद्दों से निपटने के एक बिंदु पर मुझे पता चला कि पूरे उपकरण मामले के फटने से पहले इस स्थिति का पता लगाने के लिए दबाव सेंसर का होना बहुत फायदेमंद होगा। ऐसा प्रतीत होता है कि यह विचार पहले से ही पेटेंट है, US8717186B2 । मैं दृढ़ता से आपके डिज़ाइन के अंदर एक प्रेशर सेंसर लगाने की सलाह देता हूं।

Answer 3

यद्यपि मैं पिछले उत्तरों में दिए गए विवरण के धन के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर सकता, लेकिन मुझे लगता है कि यह आपको एक उदाहरण देने में मददगार हो सकता है कि एक अच्छे कारण के लिए इस अतिरिक्त स्थान का उपयोग क्यों किया जाता है।

एक लाइपो न केवल तापमान और चार्जिंग / डिस्चार्जिंग के साथ सामान्य ऑपरेशन के दौरान प्रफुल्लित होता है, बल्कि यह भी कि जब यह उम्र हो। इस घटना के बारे में और अधिक जानकारी प्राप्त करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट अपघटन के लिए एक नज़र है, लेकिन अंततः यह LiPo के अंदर गैसों (ज्यादातर ऑक्सीजन) के निर्माण के लिए टूट जाता है।
बस आपको इस बारे में एक विचार देने के लिए कि आप क्या उम्मीद कर सकते हैं: अक्सर इस्तेमाल की जाने वाली 3.5 साल पुरानी बैटरी मैंने इसे लिखने के दौरान मापी 25 मिमी से विस्तारित (पुनर्विक्रेता के अनुसार, एक डेटशीट नहीं पा सका) लगभग 32 मिमी, जो 25% से अधिक है ! मुझे लगता है कि डेटाशीट मान रीसेलर की तरह आशावादी नहीं हैं, लेकिन फिर भी यह एक वित्तीय वृद्धि है, जिसे आपके उत्पाद को डिज़ाइन करते समय ध्यान में रखा जाना चाहिए।

यदि बैटरी में सूजन के लिए कोई जगह नहीं है, तो यह आग का एक संभावित खतरा बन जाएगा और - सबसे खराब स्थिति में - यहां तक ​​कि विस्फोट भी। अपने प्रश्न के नीचे टिप्पणी देखें, यह केएच द्वारा विस्तार से वर्णित किया गया है।

Comments

हम्म, यह किस प्रकार की बैटरी थी? 25 मिमी एक थैली सेल के लिए बहुत कुछ है, क्या आपका मतलब 2.5 मिमी है? क्या यह फूला हुआ लगता है? मुझे लगता है कि सेल मोटाई पर सामान्य सहिष्णुता लगभग 0.5 मिमी है।

— एलेक्स I

मैं आरसी कारों और मल्टीकोप्टर्स के लिए इस्तेमाल की जाने वाली 4S 2200mAh की लीपो बैटरी के बारे में बात कर रहा था, जो आपके छोटे सिंगल सेल के बड़े वेरिएंट (25 एमएम का इरादा) है। यह अभी तक नहीं भरा है, लेकिन मैं अब इसका उपयोग करने की सलाह नहीं दूंगा। मैंने थोड़ा गहरा खोदा और एक पुरानी 1 एस बैटरी को अब तक पाया, जो आपके समान है। यह सूजन जैसा दिखता है, लेकिन उतना बड़ा नहीं जितना भयानक। दुर्भाग्य से मैं आपको संख्यात्मक रूप से नहीं बता सकता, क्योंकि मुझे नहीं पता कि यह मूल रूप से कितना मोटा था।

— । क्राल