แบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์มีปริมาณเท่าไร?

ฉันกำลังออกแบบอุปกรณ์ที่มีแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ขนาดเล็ก (4x12x30 มม., 120 มิลลิแอมป์) ดูเหมือนว่านี้:

ฉันได้ยินมาว่ามีกฎง่ายๆที่พื้นที่ที่เหลือสำหรับแบตเตอรี่ในกรณีควรมีขนาดใหญ่ขึ้นประมาณ 10% (ฉันคาดว่าจะมีความหนาเป็นหลัก) กว่าขนาดที่ระบุเพื่อให้สามารถขยายได้ พิเศษ 10% ดูเหมือนจะค่อนข้างใหญ่

1. กฎของหัวแม่มือนี้มาจากไหน? มีคำแนะนำอย่างเป็นทางการว่าช่องใส่เซลล์ลิเธียมโพลีเมอร์มีขนาดใหญ่แค่ไหน?

2. แบตเตอรี่เหล่านี้มีการขยายและหดตัวในการใช้งานปกติเท่าไหร่ ตัวอย่างเช่นในระหว่างการชาร์จ / ปล่อยประจุรอบอุณหภูมิในช่วงอุณหภูมิปกติ (-20C ถึง 60C) เป็นต้น

3. จะเกิดอะไรขึ้นหากแบตเตอรี่อยู่ในช่องแข็งในกรณีที่เกิดความผิดปกติ? เป็นเรื่องธรรมดาที่จะมีแบตเตอรี่ "ป่อง" หากพวกเขาได้รับ shorted ภายใน แต่เกิดอะไรขึ้นถ้าแบตเตอรี่อยู่ในช่องที่ป้องกันการขยายตัว? (สมมติว่าช่องนั้นแข็งแรงพอที่จะทนต่อแรงดันที่เพิ่มขึ้น) แรงดัน / กำแพงทำให้สั้นลงหรือแย่ลงหรือไม่?

กระดาษนี้วัดเซลล์พวกเขารายงานการขยายตัวสูงสุด 0.5% ในรอบการชาร์จ:

ที่มา: การขยายแบตเตอรีลิเธียมไอออนกระเป๋าเซลล์: การสังเกตจาก Neutron Imaging รูปที่ 7

ตลอดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นมากกว่า 1.5%

ที่มา: การขยายแบตเตอรีลิเธียมไอออนกระเป๋าเซลล์: การสังเกตจาก Neutron Imaging รูปที่ 9

เราสามารถใช้ตัวเลขเหล่านี้เป็นพื้นฐาน แต่ก็ไม่ยากที่จะทำการวัดเหล่านี้ในระดับที่เหมาะสม เนื่องจากแบตเตอรี่ทำจากแอโนด \ แคโทดและอิเล็กโทรไลต์ที่แตกต่างกันตั้งแต่ผู้ผลิตจนถึงผู้ผลิตจึงควรปรึกษาผู้ผลิตเกี่ยวกับอาการบวมหรือการวัด

หากคุณต้องการทราบว่าแบตเตอรี่ของคุณบวมเป็นเท่าใดให้รับไมโครมิเตอร์และวัดค่าการคายประจุจากนั้นวัดค่าประจุเต็มที่แล้วดูว่ามีความแตกต่างอะไรบ้าง วัดเซลล์ภายใต้การคายประจุสูงสุดเนื่องจากเซลล์จะขยายตัวมากขึ้นด้วยการขยายตัวของความร้อน กำหนดอัตรากำไรขั้นต้นเพิ่มเติมให้กับตนเองเพื่อพิจารณาความแตกต่างของแบตเตอรี่และค่าเผื่อการผลิต

เซลล์จะนูนขึ้นตรงกลางหากพวกมันถูกทำให้ร้อนจากภายนอก ดังนั้นตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณวัดค่ากลางของเซลล์

ที่มา: https://www.researchgate.net/publication/283720424_A_novel_thermal_swelling_model_for_a_rechargeable_lithium-ion_battery_cell

ควรมีความแตกต่างระหว่างการขยายตัว / การหดตัวของอิเล็กโทรดอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เนื่องจากไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าในระดับนาโน (ซึ่งนำเสนอโดย lapto2d) และ "การบวมของแบตเตอรี่ / พองตัว" ของเซลล์ประเภทกระเป๋า (นำเสนอโดย K.Krull) เนื่องจาก การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ / ออกซึ่งเป็นสัญญาณของความผิดปกติและ / หรือคุณภาพการผลิตที่ไม่ดีของเซลล์

เกี่ยวกับการพองตัวมีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่ดูเหมือนว่าสาเหตุหลักคือการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์และการสะสมของโลหะเมื่อเซลล์ถูกทิ้งให้อยู่ในสภาพที่เกือบจะหมดพลังงานเป็นเวลานาน

ปัญหาการผลิตเกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตที่เซลล์"ก่อตัวขึ้น" ก่อนที่จะถูกปิดผนึกปล่อยอิเล็กโทรไลต์ไปยัง outgas หากการขึ้นรูปนั้นทำไม่ราบรื่น / เร็วเกินไปการขายยังคงมีก๊าซสะสมอยู่และจะพองตัวเมื่อเวลาผ่านไป

เห็นได้ชัดว่าการขยายตัวของเซลล์โดยรวมในทางปฏิบัติคือการรวมกันของทั้งสองเอฟเฟกต์และการศึกษาบางส่วนของเซลล์ที่ทำดีแสดงการขยายตัวถึง 4% หลังจาก 50 รอบดูสิ่งพิมพ์นี้

ในขณะที่การขยายตัวของความหนาของอิเล็กโทรด 0.5% -1% เป็นธรรมชาติและสามารถ / ควรมีช่องใส่แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ แต่การพองตัวที่กลับไม่ได้มากเกินไปนั้นเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดความล้มเหลวร้ายแรง เมื่อถึงจุดหนึ่งในการจัดการกับปัญหาของลูกค้าฉันมาตระหนักว่ามันจะมีประโยชน์มากที่จะมีเซ็นเซอร์ความดันในการตรวจสอบสถานะนี้ก่อนที่กรณีอุปกรณ์ทั้งหมดได้รับการฉีกขาดออกจากกัน ปรากฏว่าความคิดนี้มีการจดสิทธิบัตรแล้วUS8717186B2 ฉันแนะนำอย่างยิ่งให้วางเซ็นเซอร์ความดันไว้ในการออกแบบของคุณ

แม้ว่าฉันจะไม่สามารถแข่งขันกับรายละเอียดมากมายที่ให้ไว้ในคำตอบก่อนหน้านี้ แต่ฉันคิดว่ามันอาจจะเป็นประโยชน์ในการให้คุณตัวอย่างว่าทำไมพื้นที่พิเศษมากนี้ถูกใช้เพื่อเหตุผลที่ดี

Lipo ไม่เพียง แต่บวมในระหว่างการทำงานปกติด้วยอุณหภูมิและการชาร์จ / การคายประจุ แต่ยังเมื่อมันมีอายุมากขึ้น ลองดูการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์เพื่อหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ แต่ในที่สุดมันก็สลายตัวไปสู่การสร้างก๊าซ (ส่วนใหญ่เป็นออกซิเจน) ภายใน LiPo
เพียงเพื่อให้คุณมีความคิดเกี่ยวกับสิ่งที่คุณคาดหวัง: แบตเตอรี่อายุ 3.5 ปีที่ใช้บ่อยที่ฉันวัดในระหว่างการเขียนนี้ขยายจาก 25mm (ตามตัวแทนจำหน่ายไม่พบแผ่นข้อมูล) ถึงเกือบ 32 มม. ซึ่งมากกว่า 25% ! ฉันเดาว่าค่าแผ่นข้อมูลนั้นไม่ได้มองในแง่ดีเท่ากับค่าของผู้ค้าปลีก แต่ก็ยังเป็นการเพิ่มขึ้นของการเงินย่อยซึ่งควรนำมาพิจารณาในขณะที่ออกแบบผลิตภัณฑ์ของคุณ

หากแบตเตอรี่ไม่มีที่ว่างที่จะบวมมันจะกลายเป็นความเสี่ยงที่เป็นไปได้ของไฟไหม้และ - ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด - แม้กระทั่งการระเบิด ดูความคิดเห็นด้านล่างคำถามของคุณ KH อธิบายอย่างละเอียดแล้ว