3. Bezpečnostní technika
Přestože lithium-iontové baterie mají mnoho skrytých nebezpečí, dokážou za specifických podmínek použití a s určitými opatřeními účinně kontrolovat výskyt vedlejších a prudkých reakcí v bateriových článcích a zajistit tak jejich bezpečné používání.Následuje stručný úvod do několika běžně používaných bezpečnostních technologií pro lithium-iontové baterie.
（1） Vyberte suroviny s vyšším bezpečnostním faktorem
Musí být vybrány pozitivní a negativní polární aktivní materiály, materiály membrán a elektrolyty s vyšším bezpečnostním faktorem.
a) Výběr pozitivního materiálu
Bezpečnost katodových materiálů je založena především na následujících třech aspektech:
1. Termodynamická stabilita materiálů;
2. Chemická stabilita materiálů;
3. Fyzikální vlastnosti materiálů.
b) Výběr materiálů membrány
Hlavní funkcí membrány je oddělit kladné a záporné elektrody baterie, zabránit zkratu způsobenému kontaktem mezi kladnými a zápornými elektrodami a umožnit průchod iontů elektrolytu, to znamená, že má elektronickou izolaci a ionty. vodivost.Při výběru membrány pro lithium-iontové baterie je třeba vzít v úvahu následující body:
1. Má elektronickou izolaci pro zajištění mechanické izolace kladných a záporných elektrod;
2. Má určitou aperturu a pórovitost pro zajištění nízkého odporu a vysoké iontové vodivosti;
3. Materiál membrány musí mít dostatečnou chemickou stabilitu a musí být odolný vůči korozi elektrolytu;
4. Membrána musí mít funkci ochrany proti automatickému vypnutí;
5. Tepelné smrštění a deformace membrány musí být co nejmenší;
6. Membrána musí mít určitou tloušťku;
7. Membrána musí mít silnou fyzickou pevnost a dostatečnou odolnost proti proražení.
c) Výběr elektrolytu
Elektrolyt je důležitou součástí lithium-iontové baterie, která hraje roli přenosu a vedení proudu mezi kladnými a zápornými elektrodami baterie.Elektrolyt používaný v lithium-iontových bateriích je roztok elektrolytu vytvořený rozpuštěním vhodných solí lithia v organických aprotických směsných rozpouštědlech.Obecně musí splňovat následující požadavky:
1. Dobrá chemická stabilita, žádná chemická reakce s účinnou látkou elektrody, kolektorovou kapalinou a membránou;
2. Dobrá elektrochemická stabilita, s širokým elektrochemickým oknem;
3. Vysoká vodivost lithných iontů a nízká elektronová vodivost;
4. Široký rozsah teploty kapaliny;
5. Je bezpečný, netoxický a šetrný k životnímu prostředí.
(2) Posílit celkovou bezpečnostní konstrukci článku
Bateriový článek je článek, který kombinuje různé materiály baterie a integraci kladného pólu, záporného pólu, membrány, očka a balicí fólie.Konstrukce struktury článku neovlivňuje pouze výkon různých materiálů, ale má také důležitý dopad na celkový elektrochemický výkon a bezpečnostní výkon baterie.Výběr materiálů a návrh struktury jádra jsou jen jakýmsi vztahem mezi lokálním a celkem.Při návrhu jádra by měl být rozumný režim struktury formulován podle materiálových charakteristik.
Kromě toho lze u konstrukce lithiové baterie uvažovat o některých dalších ochranných zařízeních.Běžné ochranné mechanismy jsou následující:
a) Přepínací prvek je přijat.Když se teplota uvnitř baterie zvýší, hodnota jejího odporu se odpovídajícím způsobem zvýší.Když je teplota příliš vysoká, napájení se automaticky zastaví;
b) Nastavte pojistný ventil (tj. odvzdušňovací ventil v horní části baterie).Když vnitřní tlak baterie stoupne na určitou hodnotu, pojistný ventil se automaticky otevře, aby byla zajištěna bezpečnost baterie.
Zde je několik příkladů bezpečnostního návrhu struktury elektrického jádra:
1. Poměr kladné a záporné pólové kapacity a konstrukční velikost řezu
Zvolte vhodný poměr kapacity kladných a záporných elektrod podle vlastností materiálů kladných a záporných elektrod.Poměr kladné a záporné elektrodové kapacity článku je důležitým článkem souvisejícím s bezpečností lithium-iontových baterií.Pokud je kapacita kladné elektrody příliš velká, kovové lithium se ukládá na povrchu záporné elektrody, zatímco pokud je kapacita záporné elektrody příliš velká, kapacita baterie se výrazně ztratí.Obecně platí, že N/P=1,05-1,15 a příslušný výběr by měl být proveden podle skutečné kapacity baterie a bezpečnostních požadavků.Velké a malé kusy musí být navrženy tak, aby poloha negativní pasty (účinné látky) obklopovala (přesahovala) polohu pozitivní pasty.Obecně platí, že šířka by měla být o 1~5 mm větší a délka o 5~10 mm větší.
2. Povolení na šířku membrány
Obecným principem návrhu šířky membrány je zabránit vnitřnímu zkratu způsobenému přímým kontaktem mezi kladnými a zápornými elektrodami.Vzhledem k tomu, že tepelné smrštění membrány způsobuje deformaci membrány ve směru délky a šířky při nabíjení a vybíjení baterie a při tepelném šoku a jiných prostředích, zvyšuje se polarizace složené oblasti membrány v důsledku zvětšování vzdálenosti mezi kladnými póly. a záporné elektrody;Možnost mikrozkratu v oblasti natažení membrány je zvýšena v důsledku ztenčení membrány;Smrštění na okraji membrány může vést k přímému kontaktu mezi kladnou a zápornou elektrodou a vnitřnímu zkratu, což může způsobit nebezpečí v důsledku tepelného úniku baterie.Při návrhu baterie je proto třeba zohlednit její smršťovací charakteristiku při využití plochy a šířky membrány.Izolační film by měl být větší než anoda a katoda.Kromě chyby procesu musí být izolační fólie alespoň o 0,1 mm delší než vnější strana elektrodového kusu.
3.Ošetření izolace
Vnitřní zkrat je důležitým faktorem potenciálního bezpečnostního rizika lithium-iontové baterie.Existuje mnoho potenciálně nebezpečných částí, které způsobují vnitřní zkrat v konstrukčním návrhu článku.Proto by měla být v těchto klíčových polohách nastavena nezbytná opatření nebo izolace, aby se zabránilo vnitřnímu zkratu v baterii za abnormálních podmínek, jako je udržování potřebné vzdálenosti mezi uchem kladné a záporné elektrody;Izolační páska se nalepí do nelepivé polohy uprostřed jednoho konce a všechny exponované části se zakryjí;Mezi pozitivní hliníkovou fólii a negativní aktivní látku se vloží izolační páska;Svařovací část oka musí být zcela pokryta izolační páskou;Na horní straně elektrického jádra je použita izolační páska.
4.Nastavení pojistného ventilu (přetlakové zařízení)
Lithium-iontové baterie jsou nebezpečné, obvykle proto, že vnitřní teplota je příliš vysoká nebo tlak je příliš vysoký, aby způsobil výbuch a požár;Přiměřené přetlakové zařízení může v případě nebezpečí rychle uvolnit tlak a teplo uvnitř baterie a snížit riziko výbuchu.Přiměřené zařízení pro vyrovnávání tlaku musí nejen splňovat vnitřní tlak baterie během normálního provozu, ale také se automaticky otevřít, aby uvolnilo tlak, když vnitřní tlak dosáhne limitu nebezpečí.Nastavení polohy přetlakového zařízení musí být navrženo s ohledem na deformační charakteristiky pláště baterie v důsledku zvýšení vnitřního tlaku;Konstrukce pojistného ventilu může být realizována pomocí vloček, okrajů, švů a zářezů.
(3) Zlepšit úroveň procesu
Mělo by být vynaloženo úsilí na standardizaci a standardizaci výrobního procesu článku.V krocích míchání, potahování, pečení, zhutňování, rozřezávání a navíjení formulujte standardizaci (jako je šířka membrány, objem vstřikování elektrolytu atd.), Zlepšujte procesní prostředky (jako je metoda nízkotlakého vstřikování, metoda odstředivého balení atd.) , dělat dobrou práci v řízení procesů, zajišťovat kvalitu procesů a zmenšovat rozdíly mezi produkty;Nastavte speciální pracovní kroky v klíčových krocích, které ovlivňují bezpečnost (jako je odstranění otřepů z elektrodového kusu, zametání práškem, různé metody svařování pro různé materiály atd.), implementujte standardizované sledování kvality, odstraňte vadné díly a eliminujte vadné výrobky (např. kus elektrody, proražení membrány, odpadávání aktivního materiálu, únik elektrolytu atd.);Udržujte výrobní místo čisté a uklizené, implementujte řízení 5S a kontrolu kvality 6-sigma, zabraňte promíchávání nečistot a vlhkosti ve výrobě a minimalizujte dopad nehod ve výrobě na bezpečnost.
Čas odeslání: 16. listopadu 2022