Razumejte varnostno tehnologijo litijevih baterij s treh vidikov: material, zasnova in postopek
Nevarnosti litij-ionskih baterij
Litij-ionske baterije so zaradi svojih kemičnih lastnosti in sestave sistema potencialno nevaren kemični vir energije.
(1). Visoka kemična aktivnost
Litij je glavni element skupine I v drugi periodi periodnega sistema elementov in ima izjemno aktivne kemijske lastnosti.
(2). Visoka energijska gostota
Litij-ionske baterije imajo izjemno visoko specifično energijo (večjo ali enako 140 Wh/kg), nekajkrat večjo od sekundarnih baterij, kot so nikelj-kadmijeve in nikelj-vodikove. Reakcija termičnega uhajanja sprošča toploto in lahko povzroči nevarno vedenje.
(3). Uporaba sistema organskih elektrolitov
Organsko topilo sistema organskih elektrolitov je ogljikovodik, ki ima nizko razgradno napetost in je nagnjen k oksidaciji. Topilo je tudi vnetljivo; baterija se bo vžgala, zgorela ali eksplodirala, če pride do puščanja.
(4). Velika verjetnost neželenih učinkov
Pri normalni uporabi litij-ionskih baterij se v notranjosti izvajajo pozitivne kemične reakcije, pri katerih se električna in kemična energija pretvarjata druga v drugo. Vendar pa je pod določenimi pogoji, kot so prekomerno polnjenje, prekomerno praznjenje ali delovanje prekomernega toka, zlahka povzročiti kemične stranske reakcije znotraj baterije. Ko se ta stranska reakcija okrepi, bo to resno vplivalo na delovanje in življenjsko dobo baterije. Lahko se proizvede velika količina plina, zaradi česar se tlak v bateriji hitro poveča, nato pa eksplodira in zagori, kar povzroči varnostne težave.
(5). Struktura materiala elektrode je nestabilna
Reakcija prekomernega polnjenja litij-ionskih baterij bo spremenila strukturo katodnega materiala, kar bo povzročilo močan oksidacijski učinek materiala in povzročilo močno oksidacijo topila v elektrolitu. ta učinek je nepopravljiv in če se toplota, ki jo povzroča reakcija, kopiči, obstaja nevarnost toplotnega uhajanja.
Analiza vzrokov za varnostna vprašanja pri izdelkih z litij-ionskimi baterijami
Po 30 letih industrijskega razvoja izdelkov litij-ionskih baterij je varnostna tehnologija močno napredovala, saj učinkovito nadzoruje pojav stranskih reakcij v bateriji in zagotavlja varnost baterije. Ker pa se litij-ionske baterije vse pogosteje uporabljajo in njihova gostota energije postaja vedno večja, se v zadnjih letih pogosto pojavljajo incidenti, kot so eksplozije in poškodbe ali odpoklici izdelkov zaradi nevarnosti za varnost. Povzemamo glavne razloge, ki povzročajo varnostne težave pri izdelkih z litij-ionskimi baterijami, kot sledi:
1. Težave z materialom jedra baterije
Materiali, uporabljeni v jedru baterije, vključujejo pozitivno aktivno snov, negativno aktivno snov, separator, elektrolit in lupino itd. Izbira materialov in ujemanje sestavljenega sistema določata varnostno delovanje jedra baterije. Pri izbiri pozitivnih in negativnih aktivnih materialov in ločilnih materialov proizvajalec ni opravil določene ocene lastnosti in ujemanja surovin, kar je povzročilo inherentne pomanjkljivosti pri varnosti baterijskih celic.
2. Težave s proizvodnim procesom
Surovine baterijskih celic niso strogo testirane. Proizvodno okolje je slabo, kar vodi do mešanja nečistoč v proizvodnji, kar nima le velike pomanjkljivosti pri zmogljivosti baterije, ampak tudi močno vpliva na varnost baterije; poleg tega, če je v elektrolit vmešana preveč vlage, lahko povzroči neželene reakcije, da se poveča notranji tlak baterije, kar vpliva na varnost; zaradi omejitev na ravni proizvodnega procesa izdelek ne more doseči dobre konsistence med proizvodnim procesom baterijskih celic, kot je slaba ravnost osnove elektrod, težave, kot je odpadanje aktivnih materialov elektrod, mešanje drugih nečistoč v aktivnih materialih , šibko varjenje jezičkov, nestabilna temperatura varjenja, robovi na robovih polov in neuporaba izolirnega traku na ključnih delih lahko vplivajo na varnost jedra baterije. negativen učinek.
3. Napake v zasnovi jedra baterije in zmanjšana varnost
Kar zadeva konstrukcijsko zasnovo, proizvajalci številnih ključnih točk, ki vplivajo na varnost, ne jemljejo resno, kot je odsotnost izolirnega traku v ključnih delih, zasnova separatorja, ki ne pušča roba ali je nezadostna, zmogljivost pozitivne in negativne elektrode zasnova razmerja je nerazumna ter aktivnost pozitivne in negativne elektrode Zasnova razmerja površine materiala je nerazumna, zasnova dolžine jezička je nerazumna itd., kar lahko predstavlja skrite nevarnosti za varnost baterije. Poleg tega nekateri proizvajalci baterij v proizvodnem procesu baterijskih celic, da bi prihranili stroške in izboljšali zmogljivost, poskušajo prihraniti in stisniti surovine, kot je zmanjšanje površine diafragme, tanjšanje bakrene folije in aluminijaste folije ter neuporaba ventilov za razbremenitev tlaka in izolacijski trakovi itd., bodo ti zmanjšali varnost baterije.
4. Gostota energije je previsoka
Trg išče baterije z večjo zmogljivostjo. Da bi povečali konkurenčnost izdelkov, proizvajalci še naprej povečujejo prostorninsko specifično energijo litij-ionskih baterij, kar močno poveča tveganje baterij.
Varnostna tehnologija
Čeprav imajo litij-ionske baterije veliko skritih nevarnosti, je pod posebnimi pogoji uporabe in z določenimi ukrepi mogoče učinkovito nadzorovati pojav stranskih reakcij in burne reakcije v celicah ter tako zagotoviti njihovo varnost. V nadaljevanju je na kratko predstavljenih več pogosto uporabljenih varnostnih tehnologij za litij-ionske baterije.
Izberite surovine z višjim varnostnim faktorjem
Izberite pozitivne in negativne aktivne materiale, separatorske materiale in elektrolite z višjimi varnostnimi faktorji.
a) Izbira katodnih materialov
Varnost katodnih materialov temelji predvsem na naslednjih treh vidikih:
1. Termodinamična stabilnost materiala;
2. Kemijska stabilnost materialov;
3. Fizikalne lastnosti materialov.
b) Izbira materiala diafragme
Glavna funkcija separatorja je ločiti pozitivne in negativne elektrode akumulatorja, da se prepreči stik pozitivnih in negativnih elektrod in povzroči kratek stik. Hkrati ima sposobnost prepuščanja elektrolitskih ionov, to pomeni, da ima elektronsko izolacijo in ionsko prevodnost. Pri izbiri separatorjev za litij-ionske baterije je treba upoštevati naslednje:
1. Ima elektronsko izolacijo in zagotavlja mehansko izolacijo pozitivne in negativne elektrode;
2. Ima določeno velikost por in poroznost, ki zagotavlja nizek upor in visoko ionsko prevodnost;
3. Material diafragme ima zadostno kemično stabilnost in mora biti odporen proti koroziji zaradi elektrolitov;
4. Membrana mora imeti funkcijo zaščite pred samodejnim izklopom;
5. Toplotno krčenje in deformabilnost diafragme morata biti čim manjša;
6 Diafragma mora imeti določeno debelino;
7 Diafragma mora imeti veliko fizično trdnost in zadostno odpornost na predrtje.
c) Izbira elektrolita
Elektrolit je pomembna sestavina litij-ionskih baterij in ima vlogo pri transportu in prevajanju toka med pozitivnimi in negativnimi elektrodami baterije. Elektrolit, ki se uporablja v litij-ionskih baterijah, je raztopina elektrolita, ki nastane z raztapljanjem ustrezne litijeve soli v organskem aprotičnem mešanem topilu. Običajno mora izpolnjevati naslednje zahteve:
1. Dobra kemična stabilnost, brez kemičnih reakcij z aktivnimi materiali elektrod, zbiralniki toka in separatorji;
2. Dobra elektrokemična stabilnost in široko elektrokemično okno;
3 Litijevi ioni imajo visoko prevodnost in nizko elektronsko prevodnost;
4. Širok temperaturni razpon tekočine;
5. Varno, nestrupeno in okolju prijazno.
Okrepite splošno varnostno zasnovo baterijskih celic
Jedro baterije je povezava, ki združuje različne materiale v bateriji. Vključuje pozitivno elektrodo, negativno elektrodo, separator, jeziček in embalažno folijo. Strukturna zasnova jedra baterije ne vpliva le na zmogljivost različnih materialov, ampak tudi na splošno zmogljivost baterije. Elektrokemična učinkovitost in varnost imata pomemben vpliv. Izbira materialov in strukturna zasnova jedra baterije sta v delnem in celotnem razmerju. Značilnosti materiala je treba združiti v zasnovi jedra baterije, da se oblikuje razumen strukturni model.
Poleg tega je v strukturi litijeve baterije mogoče upoštevati tudi nekatere dodatne zaščitne naprave. Običajni modeli zaščitnih mehanizmov vključujejo naslednje:
1. Z uporabo preklopnih elementov, ko temperatura v notranjosti baterije naraste, se njen upor ustrezno poveča. Ko je temperatura previsoka, se napajanje samodejno ustavi;
2. Nastavite varnostni ventil (odzračevalna odprtina na vrhu baterije). Ko notranji tlak akumulatorja naraste na določeno vrednost, se varnostni ventil samodejno odpre, da zagotovi njegovo varnost.
Sledi nekaj primerov varnostne zasnove struktur baterijskih celic:
a) Razmerje zmogljivosti pozitivnih in negativnih elektrod ter konstrukcijska velikost čipa
Izberite ustrezno razmerje kapacitete pozitivne in negativne elektrode na podlagi značilnosti materiala pozitivne in negativne elektrode. Razmerje med kapaciteto pozitivne in negativne elektrode jedra baterije je pomembna povezava, povezana z varnostjo litij-ionske baterije. Če je kapaciteta pozitivne elektrode prevelika, se bo na površini negativne elektrode pojavil kovinski litij. in če je negativna elektroda prevelika, bo kapaciteta baterije utrpela večjo izgubo. Na splošno velja N/P=1.05~1.15 in ustrezne izbire so narejene na podlagi dejanske zmogljivosti baterije in varnostnih zahtev. Oblikujte velikost kosa tako, da položaj paste negativne elektrode (aktivni material) pokriva (je večji od) položaj paste pozitivne elektrode. Na splošno mora biti širina 1 do 5 mm večja, dolžina pa 5 do 10 mm večja.
b) Dodatek za širino diafragme
Splošno načelo zasnove širine separatorja je preprečiti notranje kratke stike, ki jih povzroči neposredni stik med pozitivno in negativno elektrodo. Zaradi toplotnega krčenja separatorja med postopkom polnjenja in praznjenja baterije ter v termičnem šoku in drugih okoljih se bo separator deformiral po dolžini in širini, separator pa bo Nagubano območje poveča polarizacijo zaradi povečane razdalja med pozitivno in negativno elektrodo; raztegnjena površina separatorja poveča možnost mikro kratkega stika zaradi tanjšanja separatorja; krčenje robnega območja ločilnika lahko povzroči, da pozitivne in negativne elektrode neposredno pride do notranjega kratkega stika zaradi stika, zaradi česar je baterija v nevarnosti zaradi toplotnega uhajanja. Zato je treba pri načrtovanju baterije pri uporabi površine in širine upoštevati značilnosti krčenja separatorja. Separator je večji od anode in katode. Glede na napake postopka mora biti izolacijska folija vsaj 0,1 mm daljša od zunanjega roba pola.
c) Izolacijska obdelava
Notranji kratek stik je pomemben dejavnik varnostne nevarnosti litij-ionskih baterij. V konstrukcijski zasnovi baterijske celice lahko številni potencialno nevarni deli povzročijo notranje kratke stike. Zato je treba na teh ključnih mestih vzpostaviti potrebne ukrepe ali izolacijo, da se prepreči nastanek notranjih kratkih stikov v neobičajnih okoliščinah. Če na primer pride do kratkega stika v bateriji, ohranite potrebno razdaljo med ušesi pozitivne in negativne elektrode; na zaključni eni strani nalepite izolirni trak brez paste na sredini in prekrijte vse izpostavljene dele; nalepite izolacijski trak med pozitivno aluminijasto folijo in negativnim aktivnim materialom; uporaba Izolirni trak prekrije vse varjene dele jezičkov; na vrhu jedra baterije se uporablja izolacijski trak.
d) Nastavite varnostni ventil (naprava za razbremenitev tlaka)
Litij-ionske baterije so pogosto v nevarnosti, ker sta notranja temperatura ali tlak previsoka, kar povzroča eksplozije ali požare; nastavitev razumne naprave za razbremenitev tlaka lahko hitro sprosti pritisk in toploto v bateriji, ko pride do nevarnosti, kar zmanjša nevarnost eksplozije. Potrebna je razumna naprava za razbremenitev tlaka, da doseže notranji tlak baterije med običajnim delovanjem in se samodejno odpre, da sprosti tlak, ko notranji tlak doseže nevarno mejo. Pri nastavitvi položaja naprave za razbremenitev tlaka je treba upoštevati vpliv povečanja notranjega tlaka ovoja baterije. Varnostni ventili, zasnovani na podlagi značilnosti deformacije, so lahko zasnovani skozi lamele, robove, šive in zareze.
Izboljšajte tehnološko raven
Prizadevati si je treba za standardizacijo postopka proizvodnje baterijskih celic. V korakih mešanja, premazovanja, pečenja, stiskanja, rezanja in navijanja standardizirajte (kot je širina diafragme, prostornina vbrizgavanja elektrolita itd.) in izboljšajte procesne metode (kot je metoda vbrizgavanja pod nizkim tlakom, centrifugalno polnjenje itd.) Shell metodo itd.), dobro opravljajo svoje delo pri nadzoru procesa, zagotavljajo kakovost procesa in zmanjšujejo razlike med izdelki; nastavite posebne procesne korake v ključnih korakih, ki vplivajo na varnost (kot je odstranjevanje robov z elektrodne plošče, pometanje prahu in uporaba različnih metod varjenja za različne materiale) metode itd.), izvajajte standardiziran nadzor kakovosti, odstranitev okvarjenih delov in izključite pokvarjene izdelke (kot so deformacija pola, predrtje diafragme, odpadanje aktivnega materiala, puščanje elektrolita itd.); vzdržujte proizvodno lokacijo urejeno in čisto ter izvajajte upravljanje 5S in 6 -sigma nadzor kakovosti, da preprečite mešanje nečistoč in vlage med proizvodnjo ter zmanjšate vpliv nesreč na varnost med proizvodnjo.
