Fahami teknologi keselamatan bateri litium dari tiga aspek: bahan, reka bentuk dan proses
Bahaya bateri litium-ion
Bateri litium-ion ialah sumber kuasa kimia yang berpotensi berbahaya kerana ciri kimia dan komposisi sistemnya.
(1). Aktiviti kimia yang tinggi
Litium ialah unsur kumpulan I utama dalam tempoh kedua jadual berkala unsur dan mempunyai sifat kimia yang sangat aktif.
(2). Ketumpatan tenaga tinggi
Bateri litium-ion mempunyai tenaga spesifik yang sangat tinggi ( Lebih daripada atau sama dengan 140 Wh/kg), beberapa kali ganda daripada bateri sekunder seperti nikel-kadmium dan nikel-hidrogen. Tindak balas pelarian haba membebaskan haba dan boleh membawa kepada tingkah laku yang tidak selamat.
(3). Menggunakan sistem elektrolit organik
Pelarut organik sistem elektrolit organik ialah hidrokarbon, yang mempunyai voltan penguraian yang rendah dan terdedah kepada pengoksidaan. Pelarut juga mudah terbakar; bateri akan terbakar, terbakar, atau meletup jika berlaku kebocoran.
(4). Kebarangkalian tinggi tindak balas sampingan
Semasa penggunaan biasa bateri litium-ion, tindak balas positif kimia di mana tenaga elektrik dan kimia ditukar kepada satu sama lain dijalankan secara dalaman. Walau bagaimanapun, dalam keadaan tertentu, seperti pengecasan berlebihan, lebihan nyahcas atau operasi lebihan arus, adalah mudah untuk menyebabkan tindak balas sampingan kimia di dalam bateri. Apabila tindak balas sampingan ini meningkat, ia akan menjejaskan prestasi dan hayat perkhidmatan bateri dengan serius. Sejumlah besar gas mungkin dihasilkan, menyebabkan tekanan di dalam bateri meningkat dengan cepat dan kemudian meletup dan terbakar, menyebabkan masalah keselamatan.
(5). Struktur bahan elektrod tidak stabil
Tindak balas pengecasan berlebihan bateri litium-ion akan mengubah struktur bahan katod, menyebabkan bahan tersebut mempunyai kesan pengoksidaan yang kuat dan menyebabkan pelarut dalam elektrolit mengalami pengoksidaan yang kuat. kesan ini tidak dapat dipulihkan, dan jika haba yang disebabkan oleh tindak balas terkumpul, Terdapat risiko pelarian haba.
Analisis punca isu keselamatan dalam produk bateri litium-ion
Selepas 30 tahun pembangunan industri produk bateri litium-ion, teknologi keselamatan telah mencapai kemajuan yang besar, dengan berkesan mengawal kejadian tindak balas sampingan dalam bateri dan memastikan keselamatan bateri. Walau bagaimanapun, apabila bateri litium-ion digunakan dengan lebih meluas dan ketumpatan tenaganya menjadi lebih tinggi dan lebih tinggi, insiden seperti letupan dan kecederaan atau penarikan semula produk akibat bahaya keselamatan telah kerap berlaku dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Kami meringkaskan sebab utama yang menyebabkan masalah keselamatan dalam produk bateri lithium-ion seperti berikut:
1. Isu bahan teras bateri
Bahan yang digunakan dalam teras bateri termasuk bahan aktif positif, bahan aktif negatif, pemisah, elektrolit dan cangkang, dsb. Pemilihan bahan dan pemadanan sistem yang digubah menentukan prestasi keselamatan teras bateri. Apabila memilih bahan aktif dan bahan pemisah positif dan negatif, pengilang tidak menjalankan penilaian tertentu terhadap ciri dan pemadanan bahan mentah, mengakibatkan kekurangan yang wujud dalam keselamatan sel bateri.
2. Isu proses pengeluaran
Bahan mentah sel bateri tidak diuji dengan ketat. Persekitaran pengeluaran adalah buruk, yang membawa kepada pencampuran kekotoran dalam pengeluaran, yang bukan sahaja mempunyai kelemahan besar pada kapasiti bateri, tetapi juga mempunyai kesan yang besar terhadap keselamatan bateri; di samping itu, jika terlalu banyak dicampurkan ke dalam elektrolit Kelembapan boleh menyebabkan tindak balas sampingan untuk meningkatkan tekanan dalaman bateri, menjejaskan keselamatan; disebabkan oleh batasan dalam tahap proses pengeluaran, produk tidak dapat mencapai konsistensi yang baik semasa proses pengeluaran sel bateri, seperti kerataan asas elektrod yang lemah, Masalah seperti terjatuh daripada bahan aktif elektrod, pencampuran kekotoran lain dalam bahan aktif , kimpalan tab yang lemah, suhu kimpalan yang tidak stabil, burr pada tepi kepingan tiang, dan kegagalan untuk menggunakan pita penebat pada bahagian utama boleh menjejaskan keselamatan teras bateri. kesan negatif.
3. Kecacatan reka bentuk teras bateri dan prestasi keselamatan yang berkurangan
Dari segi reka bentuk struktur, banyak perkara penting yang memberi kesan kepada keselamatan tidak diambil serius oleh pengeluar, seperti ketiadaan pita penebat di bahagian utama, reka bentuk pemisah tidak meninggalkan margin atau margin yang tidak mencukupi, kapasiti elektrod positif dan negatif. reka bentuk nisbah adalah tidak munasabah, dan aktiviti elektrod positif dan negatif Reka bentuk nisbah kawasan bahan tidak munasabah, reka bentuk panjang tab tidak munasabah, dsb., yang mungkin menimbulkan bahaya tersembunyi kepada keselamatan bateri. Di samping itu, dalam proses pengeluaran sel bateri, untuk menjimatkan kos dan meningkatkan prestasi, sesetengah pengeluar bateri cuba menyimpan dan memampatkan bahan mentah, seperti mengurangkan kawasan diafragma, menipis kerajang tembaga, dan kerajang aluminium, dan tidak menggunakan injap pelega tekanan. dan pita penebat, dsb., ini akan mengurangkan keselamatan bateri.
4. Ketumpatan tenaga terlalu tinggi
Pasaran sedang mengejar produk bateri berkapasiti lebih tinggi. Untuk meningkatkan daya saing produk, pengeluar terus meningkatkan tenaga khusus isipadu bateri litium-ion, yang meningkatkan risiko bateri dengan ketara.
Teknologi Keselamatan
Walaupun bateri litium-ion mempunyai banyak bahaya tersembunyi, dalam keadaan penggunaan tertentu dan dengan mengamalkan langkah-langkah tertentu, kejadian tindak balas sampingan dan tindak balas ganas dalam sel boleh dikawal dengan berkesan untuk memastikan keselamatannya. Berikut secara ringkas memperkenalkan beberapa teknologi keselamatan yang biasa digunakan untuk bateri litium-ion.
Pilih bahan mentah dengan faktor keselamatan yang lebih tinggi
Pilih bahan aktif positif dan negatif, bahan pemisah dan elektrolit dengan faktor keselamatan yang lebih tinggi.
a) Pemilihan bahan katod
Keselamatan bahan katod terutamanya berdasarkan tiga aspek berikut:
1. Kestabilan termodinamik bahan;
2. Kestabilan kimia bahan;
3. Sifat fizikal bahan.
b) Pemilihan bahan diafragma
Fungsi utama pemisah adalah untuk memisahkan elektrod positif dan negatif bateri untuk mengelakkan elektrod positif dan negatif daripada bersentuhan dan menyebabkan litar pintas. Pada masa yang sama, ia mempunyai keupayaan untuk membenarkan ion elektrolit melalui, iaitu, ia mempunyai penebat elektronik dan kekonduksian ion. Perkara berikut perlu diberi perhatian apabila memilih pemisah untuk bateri litium-ion:
1. Ia mempunyai penebat elektronik dan memastikan pengasingan mekanikal elektrod positif dan negatif;
2. Ia mempunyai saiz liang dan keliangan tertentu untuk memastikan rintangan rendah dan kekonduksian ionik yang tinggi;
3. Bahan diafragma mempunyai kestabilan kimia yang mencukupi dan mesti tahan terhadap kakisan elektrolit;
4. Diafragma mesti mempunyai fungsi perlindungan penutupan automatik;
5. Pengecutan haba dan kebolehubah bentuk diafragma hendaklah sekecil mungkin;
6 Diafragma mesti mempunyai ketebalan tertentu;
7 Diafragma mesti mempunyai kekuatan fizikal yang kuat dan rintangan yang mencukupi untuk tusukan.
c) Pemilihan elektrolit
Elektrolit adalah komponen penting bateri litium-ion dan memainkan peranan dalam mengangkut dan mengalirkan arus antara elektrod positif dan negatif bateri. Elektrolit yang digunakan dalam bateri litium-ion ialah larutan elektrolit yang terbentuk dengan melarutkan garam litium yang sesuai dalam pelarut campuran aprotik organik. Ia biasanya harus memenuhi keperluan berikut:
1. Kestabilan kimia yang baik, tiada tindak balas kimia dengan bahan aktif elektrod, pengumpul arus dan pemisah;
2. Kestabilan elektrokimia yang baik dan tingkap elektrokimia yang luas;
3 Ion litium mempunyai kekonduksian yang tinggi dan kekonduksian elektronik yang rendah;
4. Julat suhu cecair yang luas;
5. Selamat, tidak toksik, dan mesra alam.
Kuatkan reka bentuk keselamatan keseluruhan sel bateri
Teras bateri ialah pautan yang menggabungkan pelbagai bahan dalam bateri. Ia menyepadukan elektrod positif, elektrod negatif, pemisah, tab dan filem pembungkusan. Reka bentuk struktur teras bateri mempengaruhi bukan sahaja prestasi pelbagai bahan tetapi juga prestasi keseluruhan bateri. Prestasi elektrokimia dan prestasi keselamatan mempunyai kesan penting. Pemilihan bahan dan reka bentuk struktur teras bateri adalah dalam hubungan separa dan keseluruhan. Ciri-ciri bahan harus digabungkan dalam reka bentuk teras bateri untuk merumuskan model struktur yang munasabah.
Di samping itu, beberapa peranti perlindungan tambahan juga boleh dipertimbangkan dalam struktur bateri litium. Reka bentuk mekanisme perlindungan biasa termasuk yang berikut:
1. Menggunakan elemen pensuisan, apabila suhu di dalam bateri meningkat, rintangannya meningkat dengan sewajarnya. Apabila suhu terlalu tinggi, bekalan kuasa akan dihentikan secara automatik;
2. Sediakan injap keselamatan (lubang bolong pada bahagian atas bateri). Apabila tekanan dalaman bateri meningkat kepada nilai tertentu, injap keselamatan akan terbuka secara automatik untuk memastikan keselamatannya.
Berikut ialah beberapa contoh reka bentuk keselamatan struktur sel bateri:
a) Nisbah kapasiti elektrod positif dan negatif dan saiz reka bentuk cip
Pilih nisbah kapasiti elektrod positif dan negatif yang sesuai berdasarkan ciri-ciri bahan elektrod positif dan negatif. Nisbah kapasiti elektrod positif dan negatif teras bateri ialah pautan penting yang berkaitan dengan keselamatan bateri litium-ion. Jika kapasiti elektrod positif terlalu besar, litium logam akan muncul pada permukaan elektrod negatif. pemendapan, dan jika elektrod negatif terlalu besar, kapasiti bateri akan mengalami kerugian yang lebih besar. Secara umumnya, N/P=1.05~1.15 dan pilihan yang sesuai dibuat berdasarkan kapasiti bateri sebenar dan keperluan keselamatan. Reka bentuk saiz kepingan supaya kedudukan pes elektrod negatif (bahan aktif) meliputi (lebih besar daripada) kedudukan pes elektrod positif. Secara amnya, lebar hendaklah 1 hingga 5 mm lebih besar dan panjangnya hendaklah 5 hingga 10 mm lebih besar.
b) Elaun untuk lebar diafragma
Prinsip keseluruhan reka bentuk lebar pemisah adalah untuk mengelakkan litar pintas dalaman yang disebabkan oleh sentuhan langsung antara elektrod positif dan negatif. Disebabkan oleh pengecutan haba pemisah semasa proses pengecasan dan pelepasan bateri dan dalam kejutan haba dan persekitaran lain, pemisah akan berubah bentuk dalam arah panjang dan lebar, dan pemisah akan Kawasan berkedut meningkatkan polarisasi disebabkan peningkatan jarak antara elektrod positif dan negatif; kawasan pemisah yang diregangkan meningkatkan kemungkinan litar pintas mikro disebabkan oleh penipisan pemisah; pengecutan kawasan tepi pemisah boleh menyebabkan elektrod positif dan negatif secara langsung Litar pintas dalaman berlaku akibat sentuhan, yang akan menyebabkan bateri berada dalam bahaya akibat pelarian haba. Oleh itu, apabila mereka bentuk bateri, ciri-ciri pengecutan pemisah mesti dipertimbangkan apabila menggunakan kawasan dan lebar. Pemisah lebih besar daripada anod dan katod. Memandangkan ralat proses, filem pengasingan mestilah sekurang-kurangnya 0.1mm lebih panjang daripada tepi luar kepingan tiang.
c) Rawatan penebat
Litar pintas dalaman adalah faktor penting dalam bahaya keselamatan bateri litium-ion. Dalam reka bentuk struktur sel bateri, banyak bahagian yang berpotensi berbahaya boleh menyebabkan litar pintas dalaman. Oleh itu, langkah-langkah atau penebat yang perlu perlu disediakan di lokasi-lokasi utama ini untuk mengelakkan berlakunya litar pintas dalaman dalam keadaan tidak normal. Jika litar pintas berlaku dalam bateri, sebagai contoh, pastikan jarak yang diperlukan antara telinga elektrod positif dan negatif; sapukan pita penebat pada bahagian tunggal penamat tanpa tampal di tengah, dan tutup semua bahagian yang terdedah; gunakan pita penebat antara kerajang aluminium positif dan bahan aktif negatif; permohonan Pita penebat meliputi semua bahagian kimpalan tab; pita penebat digunakan pada bahagian atas teras bateri.
d) Sediakan injap keselamatan (alat pelepas tekanan)
Bateri litium-ion selalunya berada dalam bahaya kerana suhu atau tekanan dalaman terlalu tinggi, menyebabkan letupan atau kebakaran; menyediakan peranti pelepasan tekanan yang munasabah boleh melepaskan tekanan dan haba di dalam bateri dengan cepat apabila bahaya berlaku, mengurangkan risiko letupan. Peranti pelepasan tekanan yang munasabah diperlukan untuk memenuhi tekanan dalaman bateri semasa operasi biasa dan terbuka secara automatik untuk melepaskan tekanan apabila tekanan dalaman mencapai had berbahaya. Apabila menetapkan kedudukan peranti pelepas tekanan, kesan peningkatan tekanan dalaman cangkerang bateri perlu dipertimbangkan. Direka berdasarkan ciri ubah bentuk, injap keselamatan boleh direka bentuk melalui lamela, tepi, jahitan dan takuk.
Meningkatkan tahap teknologi
Usaha perlu dilakukan untuk menyeragamkan proses pengeluaran sel bateri. Dalam langkah-langkah mencampurkan, menyalut, membakar, memampatkan, membelah dan menggulung, standardkan (seperti lebar diafragma, isipadu suntikan elektrolit, dll.) dan perbaiki kaedah proses (seperti kaedah suntikan tekanan rendah, pemuatan emparan, dsb.) Kaedah Shell, dsb.), melakukan kerja yang baik dalam kawalan proses, memastikan kualiti proses, dan mengecilkan perbezaan antara produk; sediakan langkah-langkah proses khas dalam langkah-langkah utama yang mempunyai kesan ke atas keselamatan (seperti menyahburkan plat elektrod, menyapu serbuk, dan menggunakan kaedah kimpalan yang berbeza untuk bahan yang berbeza) kaedah, dsb.), melaksanakan pemantauan kualiti piawai, menghapuskan bahagian yang rosak, dan mengecualikan produk yang rosak (seperti ubah bentuk bahagian tiang, tusukan diafragma, bahan aktif jatuh, kebocoran elektrolit, dll.); pastikan tapak pengeluaran kemas dan bersih, serta laksanakan pengurusan 5S dan 6 -kawalan kualiti sigma untuk mengelakkan pencampuran kekotoran dan kelembapan semasa pengeluaran dan meminimumkan kesan kemalangan terhadap keselamatan semasa pengeluaran.
