Κατανοήστε την τεχνολογία ασφάλειας μπαταριών λιθίου από τρεις πτυχές: υλικό, σχεδιασμός και διαδικασία
Κίνδυνοι από μπαταρίες ιόντων λιθίου
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι μια δυνητικά επικίνδυνη χημική πηγή ενέργειας λόγω των χημικών τους χαρακτηριστικών και της σύστασης του συστήματος.
(1). Υψηλή χημική δραστηριότητα
Το λίθιο είναι ένα κύριο στοιχείο της ομάδας Ι στη δεύτερη περίοδο του περιοδικού πίνακα στοιχείων και έχει εξαιρετικά ενεργές χημικές ιδιότητες.
(2). Υψηλή ενεργειακή πυκνότητα
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν εξαιρετικά υψηλή ειδική ενέργεια (Μεγαλύτερη ή ίση με 140 Wh/kg), αρκετές φορές μεγαλύτερη από τις δευτερεύουσες μπαταρίες όπως νικέλιο-κάδμιο και νικέλιο-υδρογόνο. Μια θερμική αντίδραση απελευθερώνει θερμότητα και μπορεί να οδηγήσει σε μη ασφαλή συμπεριφορά.
(3). Χρησιμοποιώντας ένα σύστημα οργανικών ηλεκτρολυτών
Ο οργανικός διαλύτης του συστήματος οργανικών ηλεκτρολυτών είναι ο υδρογονάνθρακας, ο οποίος έχει χαμηλή τάση αποσύνθεσης και είναι επιρρεπής σε οξείδωση. Ο διαλύτης είναι επίσης εύφλεκτος. η μπαταρία θα πάρει φωτιά, θα καεί ή θα εκραγεί εάν παρουσιαστεί διαρροή.
(4). Υψηλή πιθανότητα παρενεργειών
Κατά την κανονική χρήση των μπαταριών ιόντων λιθίου, πραγματοποιούνται εσωτερικά χημικές θετικές αντιδράσεις στις οποίες η ηλεκτρική και η χημική ενέργεια μετατρέπονται μεταξύ τους. Ωστόσο, υπό ορισμένες συνθήκες, όπως υπερφόρτιση, υπερφόρτιση ή λειτουργία υπερβολικού ρεύματος, είναι εύκολο να προκληθούν χημικές πλευρικές αντιδράσεις στο εσωτερικό της μπαταρίας. Όταν αυτή η παράπλευρη αντίδραση ενταθεί, θα επηρεάσει σοβαρά την απόδοση και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Μπορεί να παραχθεί μεγάλη ποσότητα αερίου, με αποτέλεσμα η πίεση στο εσωτερικό της μπαταρίας να αυξηθεί γρήγορα και στη συνέχεια να εκραγεί και να πιάσει φωτιά, προκαλώντας προβλήματα ασφάλειας.
(5). Η δομή του υλικού του ηλεκτροδίου είναι ασταθής
Η αντίδραση υπερφόρτισης των μπαταριών ιόντων λιθίου θα αλλάξει τη δομή του υλικού της καθόδου, προκαλώντας το υλικό να έχει ισχυρό αποτέλεσμα οξείδωσης και αναγκάζοντας τον διαλύτη στον ηλεκτρολύτη να υποστεί ισχυρή οξείδωση. αυτό το αποτέλεσμα είναι μη αναστρέψιμο και εάν η θερμότητα που προκαλείται από την αντίδραση συσσωρευτεί, υπάρχει κίνδυνος θερμικής διαφυγής.
Ανάλυση των αιτιών των προβλημάτων ασφάλειας σε προϊόντα μπαταριών ιόντων λιθίου
Μετά από 30 χρόνια βιομηχανικής ανάπτυξης προϊόντων μπαταριών ιόντων λιθίου, η τεχνολογία ασφαλείας έχει σημειώσει μεγάλη πρόοδο, ελέγχοντας αποτελεσματικά την εμφάνιση πλευρικών αντιδράσεων στην μπαταρία και διασφαλίζοντας την ασφάλεια της μπαταρίας. Ωστόσο, καθώς οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται όλο και πιο ευρέως και η ενεργειακή τους πυκνότητα γίνεται όλο και μεγαλύτερη, περιστατικά όπως εκρήξεις και τραυματισμοί ή ανακλήσεις προϊόντων λόγω κινδύνων για την ασφάλεια έχουν συμβεί συχνά τα τελευταία χρόνια. Συνοψίζουμε τους κύριους λόγους που προκαλούν προβλήματα ασφάλειας στα προϊόντα μπαταριών ιόντων λιθίου ως εξής:
1. Ζητήματα υλικού πυρήνα μπαταρίας
Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στον πυρήνα της μπαταρίας περιλαμβάνουν θετικό ενεργό υλικό, αρνητικό ενεργό υλικό, διαχωριστή, ηλεκτρολύτη και κέλυφος κ.λπ. Η επιλογή των υλικών και η αντιστοίχιση του συγκροτημένου συστήματος καθορίζουν την απόδοση ασφαλείας του πυρήνα της μπαταρίας. Κατά την επιλογή θετικών και αρνητικών ενεργών υλικών και υλικών διαχωρισμού, ο κατασκευαστής δεν διεξήγαγε κάποια αξιολόγηση των χαρακτηριστικών και της αντιστοίχισης των πρώτων υλών, με αποτέλεσμα εγγενείς ελλείψεις στην ασφάλεια των στοιχείων της μπαταρίας.
2. Θέματα παραγωγικής διαδικασίας
Οι πρώτες ύλες των στοιχείων της μπαταρίας δεν ελέγχονται αυστηρά. Το περιβάλλον παραγωγής είναι φτωχό, γεγονός που οδηγεί στην ανάμειξη των ακαθαρσιών στην παραγωγή, η οποία όχι μόνο έχει μεγάλο μειονέκτημα στη χωρητικότητα της μπαταρίας, αλλά έχει επίσης μεγάλο αντίκτυπο στην ασφάλεια της μπαταρίας. Επιπλέον, εάν αναμειχθεί πάρα πολύ στον ηλεκτρολύτη, η υγρασία μπορεί να προκαλέσει πλευρικές αντιδράσεις για να αυξήσει την εσωτερική πίεση της μπαταρίας, επηρεάζοντας την ασφάλεια. λόγω περιορισμών στο επίπεδο της διαδικασίας παραγωγής, το προϊόν δεν μπορεί να επιτύχει καλή συνοχή κατά τη διαδικασία παραγωγής των στοιχείων της μπαταρίας, όπως κακή επιπεδότητα της βάσης του ηλεκτροδίου, προβλήματα όπως πτώση ενεργών υλικών ηλεκτροδίων, ανάμειξη άλλων ακαθαρσιών σε ενεργά υλικά , η αδύναμη συγκόλληση με πτερύγια, η ασταθής θερμοκρασία συγκόλλησης, τα γρέζια στις άκρες των κομματιών πόλων και η αδυναμία χρήσης μονωτικής ταινίας σε βασικά μέρη μπορεί να επηρεάσουν την ασφάλεια του πυρήνα της μπαταρίας. αρνητικές επιπτώσεις.
3. Σχεδιαστικά ελαττώματα πυρήνα μπαταρίας και μειωμένη απόδοση ασφάλειας
Όσον αφορά τη δομική σχεδίαση, πολλά βασικά σημεία που έχουν αντίκτυπο στην ασφάλεια δεν λαμβάνονται σοβαρά υπόψη από τους κατασκευαστές, όπως η απουσία μονωτικής ταινίας σε βασικά μέρη, ο σχεδιασμός του διαχωριστή που δεν αφήνει περιθώριο ή ανεπαρκές περιθώριο, η ικανότητα θετικού και αρνητικού ηλεκτροδίου Ο σχεδιασμός του λόγου είναι παράλογος και η θετική και αρνητική δραστηριότητα ηλεκτροδίων Ο σχεδιασμός του λόγου επιφάνειας υλικού είναι παράλογος, ο σχεδιασμός του μήκους της γλωττίδας είναι παράλογος κ.λπ., γεγονός που μπορεί να θέσει κρυφούς κινδύνους για την ασφάλεια της μπαταρίας. Επιπλέον, στη διαδικασία παραγωγής κυψελών μπαταρίας, για εξοικονόμηση κόστους και βελτίωση της απόδοσης, ορισμένοι κατασκευαστές μπαταριών προσπαθούν να εξοικονομήσουν και να συμπιέσουν πρώτες ύλες, όπως η μείωση της επιφάνειας του διαφράγματος, η αραίωση του φύλλου χαλκού και το φύλλο αλουμινίου και δεν χρησιμοποιούν βαλβίδες εκτόνωσης πίεσης και μονωτικές ταινίες κ.λπ., αυτά θα μειώσουν την ασφάλεια της μπαταρίας.
4. Η ενεργειακή πυκνότητα είναι πολύ υψηλή
Η αγορά επιδιώκει προϊόντα μπαταριών μεγαλύτερης χωρητικότητας. Για να αυξήσουν την ανταγωνιστικότητα των προϊόντων, οι κατασκευαστές συνεχίζουν να αυξάνουν την ενέργεια των μπαταριών ιόντων λιθίου για τον όγκο, γεγονός που αυξάνει σημαντικά τον κίνδυνο των μπαταριών.
Τεχνολογία Ασφαλείας
Αν και οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν πολλούς κρυφούς κινδύνους, υπό συγκεκριμένες συνθήκες χρήσης και με την υιοθέτηση ορισμένων μέτρων, η εμφάνιση παρενεργειών και βίαιων αντιδράσεων στα κύτταρα μπορεί να ελεγχθεί αποτελεσματικά για να διασφαλιστεί η ασφάλειά τους. Στη συνέχεια παρουσιάζονται εν συντομία αρκετές τεχνολογίες ασφαλείας που χρησιμοποιούνται συνήθως για μπαταρίες ιόντων λιθίου.
Επιλέξτε πρώτες ύλες με υψηλότερο συντελεστή ασφάλειας
Επιλέξτε θετικά και αρνητικά ενεργά υλικά, υλικά διαχωρισμού και ηλεκτρολύτες με υψηλότερους συντελεστές ασφάλειας.
α) Επιλογή υλικών καθόδου
Η ασφάλεια των υλικών καθόδου βασίζεται κυρίως στις ακόλουθες τρεις πτυχές:
1. Θερμοδυναμική σταθερότητα του υλικού.
2. Χημική σταθερότητα των υλικών.
3. Φυσικές ιδιότητες υλικών.
β) Επιλογή διαφραγματικών υλικών
Η κύρια λειτουργία του διαχωριστή είναι να διαχωρίζει τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια της μπαταρίας για να αποτρέψει την επαφή των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων και την πρόκληση βραχυκυκλώματος. Ταυτόχρονα, έχει την ικανότητα να επιτρέπει τη διέλευση ιόντων ηλεκτρολυτών, έχει δηλαδή ηλεκτρονική μόνωση και αγωγιμότητα ιόντων. Τα ακόλουθα σημεία πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή διαχωριστών για μπαταρίες ιόντων λιθίου:
1. Διαθέτει ηλεκτρονική μόνωση και εξασφαλίζει τη μηχανική απομόνωση των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων.
2. Έχει ορισμένο μέγεθος πόρων και πορώδες για να εξασφαλίσει χαμηλή αντίσταση και υψηλή ιοντική αγωγιμότητα.
3. Το υλικό του διαφράγματος έχει επαρκή χημική σταθερότητα και πρέπει να είναι ανθεκτικό στη διάβρωση του ηλεκτρολύτη.
4. Το διάφραγμα πρέπει να έχει τη λειτουργία προστασίας αυτόματης απενεργοποίησης.
5. Η θερμική συρρίκνωση και η παραμόρφωση του διαφράγματος πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη.
6 Το διάφραγμα πρέπει να έχει συγκεκριμένο πάχος.
7 Το διάφραγμα πρέπει να έχει ισχυρή φυσική αντοχή και επαρκή αντοχή στη διάτρηση.
γ) Επιλογή ηλεκτρολύτη
Ο ηλεκτρολύτης είναι ένα σημαντικό συστατικό των μπαταριών ιόντων λιθίου και παίζει ρόλο στη μεταφορά και τη μεταφορά ρεύματος μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων της μπαταρίας. Ο ηλεκτρολύτης που χρησιμοποιείται στις μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη που σχηματίζεται με τη διάλυση ενός κατάλληλου άλατος λιθίου σε έναν οργανικό απρωτικό μικτό διαλύτη. Συνήθως θα πρέπει να πληροί τις ακόλουθες απαιτήσεις:
1. Καλή χημική σταθερότητα, καμία χημική αντίδραση με ενεργά υλικά ηλεκτροδίων, συλλέκτες ρεύματος και διαχωριστές.
2. Καλή ηλεκτροχημική σταθερότητα και ευρύ ηλεκτροχημικό παράθυρο.
3 Τα ιόντα λιθίου έχουν υψηλή αγωγιμότητα και χαμηλή ηλεκτρονική αγωγιμότητα.
4. Ευρύ φάσμα θερμοκρασίας υγρού.
5. Ασφαλές, μη τοξικό και φιλικό προς το περιβάλλον.
Ενισχύστε τη συνολική σχεδίαση ασφάλειας των στοιχείων μπαταρίας
Ο πυρήνας της μπαταρίας είναι ο σύνδεσμος που συνδυάζει διάφορα υλικά στην μπαταρία. Ενσωματώνει το θετικό ηλεκτρόδιο, το αρνητικό ηλεκτρόδιο, τον διαχωριστή, τη γλωττίδα και το φιλμ συσκευασίας. Ο δομικός σχεδιασμός του πυρήνα της μπαταρίας επηρεάζει όχι μόνο την απόδοση διαφόρων υλικών αλλά και τη συνολική απόδοση της μπαταρίας. Η ηλεκτροχημική απόδοση και η απόδοση ασφάλειας έχουν σημαντικό αντίκτυπο. Η επιλογή των υλικών και ο δομικός σχεδιασμός του πυρήνα της μπαταρίας βρίσκονται σε μερική και συνολική σχέση. Τα χαρακτηριστικά του υλικού θα πρέπει να συνδυαστούν στο σχεδιασμό του πυρήνα της μπαταρίας για να διαμορφωθεί ένα λογικό δομικό μοντέλο.
Επιπλέον, ορισμένες πρόσθετες συσκευές προστασίας μπορούν επίσης να ληφθούν υπόψη στη δομή της μπαταρίας λιθίου. Τα κοινά σχέδια μηχανισμών προστασίας περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
1. Χρησιμοποιώντας στοιχεία μεταγωγής, όταν η θερμοκρασία στο εσωτερικό της μπαταρίας αυξάνεται, η αντίστασή της αυξάνεται ανάλογα. Όταν η θερμοκρασία είναι πολύ υψηλή, η παροχή ρεύματος θα σταματήσει αυτόματα.
2. Τοποθετήστε μια βαλβίδα ασφαλείας (την οπή εξαερισμού στο επάνω μέρος της μπαταρίας). Όταν η εσωτερική πίεση της μπαταρίας αυξηθεί σε μια συγκεκριμένη τιμή, η βαλβίδα ασφαλείας θα ανοίξει αυτόματα για να διασφαλιστεί η ασφάλειά της.
Ακολουθούν μερικά παραδείγματα σχεδιασμού ασφαλείας των δομών κυψελών μπαταρίας:
α) Λόγος χωρητικότητας θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων και μέγεθος σχεδιασμού του τσιπ
Επιλέξτε την κατάλληλη αναλογία χωρητικότητας θετικού και αρνητικού ηλεκτροδίου με βάση τα χαρακτηριστικά των θετικών και αρνητικών υλικών ηλεκτροδίων. Η αναλογία της χωρητικότητας θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων του πυρήνα της μπαταρίας είναι ένας σημαντικός σύνδεσμος που σχετίζεται με την ασφάλεια της μπαταρίας ιόντων λιθίου. Εάν η χωρητικότητα του θετικού ηλεκτροδίου είναι πολύ μεγάλη, θα εμφανιστεί μεταλλικό λίθιο στην επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου. απόθεση και εάν το αρνητικό ηλεκτρόδιο είναι πολύ μεγάλο, η χωρητικότητα της μπαταρίας θα υποστεί μεγαλύτερη απώλεια. Σε γενικές γραμμές, N/P=1.05~1.15 και οι κατάλληλες επιλογές γίνονται με βάση την πραγματική χωρητικότητα της μπαταρίας και τις απαιτήσεις ασφάλειας. Σχεδιάστε το μέγεθος του τεμαχίου έτσι ώστε η θέση της πάστας αρνητικού ηλεκτροδίου (ενεργό υλικό) να καλύπτει (να είναι μεγαλύτερη από) τη θέση της πάστας του θετικού ηλεκτροδίου. Γενικά, το πλάτος πρέπει να είναι 1 έως 5 mm μεγαλύτερο και το μήκος πρέπει να είναι 5 έως 10 mm μεγαλύτερο.
β) Επίδομα πλάτους διαφράγματος
Η γενική αρχή του σχεδιασμού του πλάτους του διαχωριστή είναι η αποτροπή εσωτερικών βραχυκυκλωμάτων που προκαλούνται από την άμεση επαφή μεταξύ του θετικού και του αρνητικού ηλεκτροδίου. Λόγω της θερμικής συρρίκνωσης του διαχωριστή κατά τη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας και σε θερμικό σοκ και άλλα περιβάλλοντα, ο διαχωριστής θα παραμορφωθεί στις κατευθύνσεις μήκους και πλάτους και ο διαχωριστής θα Η ζαρωμένη περιοχή αυξάνει την πόλωση λόγω της αυξημένης απόσταση μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων. η τεντωμένη περιοχή του διαχωριστή αυξάνει την πιθανότητα μικρο βραχυκυκλώματος λόγω της λέπτυνσης του διαχωριστή. Η συρρίκνωση της περιοχής της ακμής του διαχωριστή μπορεί να προκαλέσει απευθείας το θετικό και το αρνητικό ηλεκτρόδιο Παρουσιάζεται εσωτερικό βραχυκύκλωμα λόγω επαφής, το οποίο θα προκαλέσει την μπαταρία σε κίνδυνο λόγω θερμικής διαρροής. Επομένως, κατά το σχεδιασμό μιας μπαταρίας, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα χαρακτηριστικά συρρίκνωσης του διαχωριστή κατά τη χρήση της περιοχής και του πλάτους. Ο διαχωριστής είναι μεγαλύτερος από την άνοδο και την κάθοδο. Λαμβάνοντας υπόψη τα σφάλματα διαδικασίας, η μεμβράνη απομόνωσης πρέπει να είναι τουλάχιστον 0.1 χιλιοστά μεγαλύτερη από την εξωτερική άκρη του στύλου.
γ) Θεραπεία μόνωσης
Το εσωτερικό βραχυκύκλωμα είναι ένας σημαντικός παράγοντας στον κίνδυνο ασφάλειας των μπαταριών ιόντων λιθίου. Στον δομικό σχεδιασμό του στοιχείου μπαταρίας, πολλά δυνητικά επικίνδυνα μέρη μπορούν να προκαλέσουν εσωτερικά βραχυκυκλώματα. Ως εκ τούτου, τα απαραίτητα μέτρα ή μόνωση θα πρέπει να δημιουργηθούν σε αυτές τις βασικές θέσεις για να αποφευχθεί η εμφάνιση εσωτερικών βραχυκυκλωμάτων υπό μη φυσιολογικές συνθήκες. Εάν, για παράδειγμα, συμβεί βραχυκύκλωμα εντός της μπαταρίας, κρατήστε μια απαραίτητη απόσταση μεταξύ των αυτιών του θετικού και του αρνητικού ηλεκτροδίου. Εφαρμόστε μονωτική ταινία στην τελική μονή πλευρά χωρίς πάστα στη μέση και καλύψτε όλα τα εκτεθειμένα μέρη. εφαρμόστε μονωτική ταινία μεταξύ του θετικού φύλλου αλουμινίου και του αρνητικού ενεργού υλικού. Εφαρμογή Η μονωτική ταινία καλύπτει όλα τα μέρη συγκόλλησης των γλωττίδων. χρησιμοποιείται μονωτική ταινία στο επάνω μέρος του πυρήνα της μπαταρίας.
δ) Τοποθετήστε μια βαλβίδα ασφαλείας (συσκευή εκτόνωσης πίεσης)
Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου βρίσκονται συχνά σε κίνδυνο επειδή η εσωτερική θερμοκρασία ή πίεση είναι πολύ υψηλή, προκαλώντας εκρήξεις ή πυρκαγιές. Η εγκατάσταση μιας εύλογης συσκευής εκτόνωσης πίεσης μπορεί να απελευθερώσει γρήγορα την πίεση και τη θερμότητα στο εσωτερικό της μπαταρίας όταν υπάρχει κίνδυνος, μειώνοντας τον κίνδυνο έκρηξης. Απαιτείται μια λογική συσκευή εκτόνωσης πίεσης για να ανταποκρίνεται στην εσωτερική πίεση της μπαταρίας κατά τη διάρκεια της κανονικής λειτουργίας και να ανοίγει αυτόματα για να εκτονώσει την πίεση όταν η εσωτερική πίεση φτάσει στο επικίνδυνο όριο. Κατά τη ρύθμιση της θέσης της συσκευής εκτόνωσης πίεσης, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση της αύξησης της εσωτερικής πίεσης του κελύφους της μπαταρίας. Σχεδιασμένες με βάση τα χαρακτηριστικά παραμόρφωσης, οι βαλβίδες ασφαλείας μπορούν να σχεδιαστούν μέσω ελασμάτων, άκρων, ραφών και εγκοπών.
Βελτιώστε το επίπεδο τεχνολογίας
Θα πρέπει να καταβληθούν προσπάθειες για την τυποποίηση της διαδικασίας παραγωγής κυψελών μπαταρίας. Στα βήματα ανάμειξης, επίστρωσης, ψησίματος, συμπίεσης, σχισμής και περιέλιξης, τυποποιήστε (όπως πλάτος διαφράγματος, όγκος έγχυσης ηλεκτρολύτη κ.λπ.) και βελτιώστε τις μεθόδους διεργασίας (όπως μέθοδος έγχυσης χαμηλής πίεσης, φυγοκεντρική φόρτιση κ.λπ.) μέθοδος Shell, κ.λπ.), κάνει καλή δουλειά στον έλεγχο της διαδικασίας, διασφαλίζει την ποιότητα της διαδικασίας και περιορίζει τις διαφορές μεταξύ των προϊόντων. ορίστε ειδικά βήματα διαδικασίας σε βασικά βήματα που έχουν αντίκτυπο στην ασφάλεια (όπως αφαίρεση γρεζιών της πλάκας ηλεκτροδίων, σκούπισμα σκόνης και χρήση διαφορετικών μεθόδων συγκόλλησης για διαφορετικά υλικά) μεθόδους κ.λπ.), εφαρμογή τυποποιημένης παρακολούθησης ποιότητας, εξάλειψη ελαττωματικών εξαρτημάτων και εξαιρέστε τα ελαττωματικά προϊόντα (όπως παραμόρφωση κομματιού πόλου, διάτρηση διαφράγματος, πτώση ενεργού υλικού, διαρροή ηλεκτρολύτη κ.λπ.) Διατηρήστε την τοποθεσία παραγωγής τακτοποιημένη και καθαρή και εφαρμόστε τη διαχείριση 5S και τον έλεγχο ποιότητας 6 -sigma για να αποτρέψετε την ανάμειξη ακαθαρσιών και υγρασίας κατά την παραγωγή και να ελαχιστοποιήσετε τον αντίκτυπο των ατυχημάτων στην ασφάλεια κατά την παραγωγή.
