La reazione di sovraccarico della batteria agli ioni di litio cambierà la struttura del materiale del catodo e farà sì che il materiale abbia un forte effetto di ossidazione, in modo che il solvente nell'elettrolita sia fortemente ossidato e questo effetto è irreversibile. Se il calore causato dalla reazione si accumula, c'è il rischio di fuga termica.
II. causare l'analisi dei problemi di sicurezza dei prodotti con batterie agli ioni di litio.
Dopo 30 anni di sviluppo industriale, la tecnologia di sicurezza della batteria agli ioni di litio ha compiuto grandi progressi, controllando efficacemente il verificarsi di reazioni collaterali nella batteria e garantendo la sicurezza della batteria. Tuttavia, con l'uso sempre più esteso di batterie agli ioni di litio e una maggiore densità di energia, negli ultimi anni si verificano ancora incidenti ripetuti come lesioni da esplosione o richiamo del prodotto a causa di rischi per la sicurezza. Riassumiamo i motivi principali dei problemi di sicurezza dei prodotti con batterie agli ioni di litio come segue:
(1) il problema del materiale delle celle.
I materiali utilizzati nella batteria includono: materiale attivo positivo, materiale attivo negativo, diaframma, elettrolita e guscio, ecc. le prestazioni di sicurezza della cella sono determinate dalla selezione dei materiali e dall'abbinamento del sistema. Nella selezione dei materiali attivi positivi e negativi e dei materiali del diaframma, i produttori non hanno valutato le caratteristiche e la corrispondenza delle materie prime, con conseguenti carenze congenite nella sicurezza del nucleo.
(2) problemi del processo di produzione.
L'ispezione scadente delle materie prime cellulari e l'ambiente di produzione scadente portano alla miscelazione di impurità nella produzione, che non è solo svantaggiosa per la capacità della batteria, ma ha anche un grande impatto sulla sicurezza della batteria; inoltre, se nell'elettrolito viene miscelata troppa acqua, potrebbe verificarsi una reazione collaterale per aumentare la pressione interna della batteria, che influirà sulla sicurezza. A causa della limitazione del processo di produzione, i prodotti non possono raggiungere una buona consistenza nel processo di produzione dell'elettrodo. ad esempio, scarsa levigatezza della matrice dell'elettrodo, perdita del materiale attivo dell'elettrodo, miscelazione di altre impurità nel materiale attivo, temperatura di saldatura instabile, sbavature sul bordo dell'elettrodo e mancato utilizzo di nastro isolante nelle parti fondamentali possono influire negativamente sulla sicurezza del nucleo.
(3) il difetto di progettazione della batteria, le prestazioni di sicurezza sono ridotte.
Nella progettazione strutturale, molti punti chiave che influiscono sulla sicurezza non sono stati prestati attenzione dai produttori, come nessun nastro isolante nelle parti chiave, nessun margine o margine insufficiente nella progettazione del diaframma, progettazione irragionevole del rapporto di capacità dell'elettrodo positivo e negativo, progettazione irragionevole del positivo e rapporto di area del materiale attivo negativo, design irragionevole della lunghezza dell'orecchio del palo, ecc., tutto ciò può seppellire pericoli nascosti per la sicurezza della batteria. Inoltre, nel processo di produzione delle celle, alcuni produttori di batterie cercano di risparmiare e comprimere le materie prime per risparmiare sui costi e migliorare le prestazioni, come la riduzione dell'area del diaframma, l'assottigliamento del foglio di rame, il foglio di alluminio e il non utilizzo di valvola limitatrice di pressione, nastro isolante e così via. tutto ciò ridurrà la sicurezza della batteria.
(4)la densità di energia è troppo alta.
Allo stato attuale, il mercato è alla ricerca di prodotti per batterie di maggiore capacità, i produttori al fine di aumentare la competitività dei prodotti, continuano a migliorare l'energia specifica del volume delle batterie agli ioni di litio, il che aumenta notevolmente il rischio di batterie.
III. Tecnologia di sicurezza.
Sebbene la batteria agli ioni di litio presenti molti pericoli nascosti, in condizioni di utilizzo specifiche e l'adozione di determinate misure può controllare efficacemente il verificarsi di reazioni collaterali e reazioni gravi nella cella e garantirne un utilizzo sicuro. Quella che segue è una breve introduzione a diverse tecnologie di sicurezza comunemente utilizzate per le batterie agli ioni di litio.
1> scegliere materie prime con fattore di sicurezza più elevato.
Scegliere materiali attivi positivi e negativi, materiali del diaframma ed elettroliti con fattore di sicurezza più elevato.
A) selezione dei materiali catodici.
La sicurezza dei materiali catodici si basa principalmente sui seguenti tre aspetti:
(1) Stabilità termodinamica dei materiali.
(2) stabilità chimica dei materiali.
(3) proprietà fisiche del materiale.
B) selezione dei materiali del diaframma.
La funzione principale del diaframma è quella di separare gli elettrodi positivi e negativi della batteria, impedire il contatto e il cortocircuito degli elettrodi positivi e negativi e avere la capacità di far passare gli ioni dell'elettrolito, ovvero l'isolamento elettronico e la conduttività ionica . I seguenti punti dovrebbero essere presi in considerazione quando si scelgono i diaframmi per le batterie agli ioni di litio:
(1) ha un isolamento elettronico per garantire l'isolamento meccanico degli elettrodi positivi e negativi.
(2) ha un certo diametro e porosità dei pori per garantire bassa resistenza e alta conduttività ionica.
(3)Il materiale della membrana ha una stabilità chimica sufficiente e deve essere resistente alla corrosione elettrolitica.
(4) il diaframma dovrebbe avere la funzione di protezione di spegnimento automatico.
(5) la contrazione termica e la deformazione del diaframma dovrebbero essere le più ridotte possibile.
(6) il diaframma dovrebbe avere un certo spessore.
(7) il diaframma dovrebbe avere una forte forza fisica e una capacità anti-foratura abbastanza forte.
C) selezione degli elettroliti.
L'elettrolita è una parte importante della batteria agli ioni di litio, che trasmette e conduce corrente tra gli elettrodi positivi e negativi della batteria agli ioni di litio. L'elettrolita utilizzato nella batteria agli ioni di litio è una soluzione elettrolitica formata sciogliendo un sale di litio appropriato in un solvente misto organico non protonico. Di solito dovrebbe soddisfare i seguenti requisiti:
(1) buona stabilità chimica, nessuna reazione chimica con il materiale attivo dell'elettrodo, il collettore di corrente e il diaframma.
(2) buona stabilità elettrochimica e ampia finestra elettrochimica.
(3) Elevata conducibilità agli ioni di litio e bassa conducibilità elettronica.
(4) ampia gamma di temperatura del liquido.
(5) sicuro, non tossico e rispettoso dell'ambiente.
Rafforzare il design di sicurezza generale della cella.
La batteria è il collegamento che combina tutti i tipi di materiali della batteria ed è l'integrazione di elettrodo positivo, elettrodo negativo, diaframma, orecchio dell'elettrodo e pellicola di imballaggio e così via. Il design della struttura della batteria non solo influisce sulle prestazioni di vari materiali, ma ha anche un impatto importante sulle prestazioni elettrochimiche complessive e sulle prestazioni di sicurezza della batteria. La selezione dei materiali e il design della struttura cellulare è una sorta di relazione tra la parte e il tutto. Nella progettazione della batteria, dovrebbe essere stabilita una modalità di struttura ragionevole in base alle caratteristiche del materiale.
Inoltre, alcuni dispositivi di protezione aggiuntivi possono essere considerati nella struttura della batteria al litio. i design comuni del meccanismo di protezione sono i seguenti: 1 viene utilizzato l'elemento interruttore e la sua resistenza aumenta quando la temperatura nella batteria aumenta e quando la temperatura è troppo alta, interromperà automaticamente l'alimentazione. (2) impostare la valvola di sicurezza (ovvero lo sfiato nella parte superiore della batteria). Quando la pressione interna della batteria sale a un certo valore, la valvola di sicurezza si apre automaticamente per garantire la sicurezza della batteria.
Di seguito sono riportati alcuni esempi del progetto di sicurezza della struttura del nucleo:
A) rapporto di capacità degli elettrodi positivi e negativi e dimensioni del progetto.
Il rapporto appropriato tra la capacità dell'elettrodo positivo e negativo viene selezionato in base alle caratteristiche dei materiali dell'elettrodo positivo e negativo. il rapporto tra la capacità dell'elettrodo positivo e negativo è un collegamento importante relativo alla sicurezza della batteria agli ioni di litio. se la capacità positiva è troppo grande, il litio metallico si depositerà sulla superficie dell'elettrodo negativo. la capacità della batteria con elettrodo negativo troppo grande avrà una grande perdita. In generale, N/P=1,05~1,15 e fare scelte appropriate in base alla capacità effettiva della batteria e ai requisiti di sicurezza. La dimensione della pellicola è progettata in modo tale che la posizione della pasta negativa (materiale attivo) sia maggiore di quella della pasta positiva, la larghezza dovrebbe essere maggiore di 1 mm e la lunghezza maggiore di 5 mm.
B) c'è un margine nella larghezza del diaframma.
Il principio generale della progettazione della larghezza del diaframma è quello di prevenire il cortocircuito interno causato dal contatto diretto degli elettrodi positivi e negativi. La contrazione termica del diaframma porta alla deformazione del diaframma in direzione della lunghezza e della larghezza durante la carica e la scarica della batteria e nell'ambiente di shock termico. L'area della piega del diaframma aumenta la polarizzazione a causa dell'aumento della distanza tra gli elettrodi positivi e negativi, e l'area della tensione del diaframma aumenta la possibilità di micro-cortocircuito dovuto all'assottigliamento del diaframma. La contrazione dell'area del bordo del diaframma può portare a un cortocircuito interno causato dal contatto diretto tra gli elettrodi positivi e negativi, che può rendere pericolosa la batteria a causa della fuga termica. Pertanto, quando si progetta la batteria, è necessario considerare le caratteristiche di restringimento del diaframma nell'uso dell'area e della larghezza del diaframma e il separatore è più grande dell'anodo e del catodo. Considerando che oltre all'errore di processo, il film isolante deve essere almeno 0,1 mm più lungo dell'esterno dell'elettrodo.
C) Trattamento isolante.
Il cortocircuito interno è un fattore importante nel pericolo nascosto per la sicurezza della batteria agli ioni di litio. ci sono molti punti potenzialmente pericolosi che causano un cortocircuito interno nella progettazione strutturale della batteria agli ioni di litio, pertanto è necessario predisporre le misure o l'isolamento necessari in questi punti chiave. al fine di prevenire il verificarsi di cortocircuiti nella batteria in circostanze anormali, come mantenere la distanza necessaria tra orecchie positive e negative. Il nastro isolante deve essere apposto nella posizione centrale non incollata del lato finale e tutte le parti esposte devono essere avvolte; il nastro isolante deve essere incollato tra il foglio di alluminio positivo e il materiale attivo negativo; la parte di saldatura dell'orecchio dell'elettrodo deve essere completamente ricoperta di nastro isolante; la parte superiore del nucleo deve essere coperta con nastro isolante, ecc.
D) predisporre la valvola di sicurezza (dispositivo di sovrappressione).
Il pericolo della batteria agli ioni di litio è spesso causato da esplosioni e incendi causati da temperatura o pressione interna eccessiva; la creazione di un ragionevole dispositivo di limitazione della pressione può rilasciare rapidamente la pressione e il calore all'interno della batteria quando si verifica il pericolo e ridurre il rischio di esplosione. È necessario un ragionevole dispositivo di limitazione della pressione non solo per soddisfare la pressione interna della batteria quando funziona normalmente, ma anche per aprirsi automaticamente e rilasciare la pressione quando la pressione interna raggiunge il limite pericoloso. La posizione di regolazione del dispositivo di limitazione della pressione deve tenere conto delle caratteristiche di deformazione dell'involucro della batteria dovute all'aumento della pressione interna. Il design della valvola di sicurezza può essere realizzato da fogli sottili, bordi, cuciture e graffi.
(3) migliorare il livello di tecnologia.
Sforzarsi di fare un buon lavoro nella standardizzazione e standardizzazione del processo di produzione delle batterie. Nelle fasi di miscelazione, rivestimento, cottura, compattazione, taglio e avvolgimento, standardizzare (come la larghezza del diaframma, l'iniezione dell'elettrolita, ecc.), migliorare i mezzi di processo (come il metodo di iniezione del liquido a bassa pressione, il metodo del guscio centrifugo, ecc.), svolgere un buon lavoro nel controllo del processo, garantire la qualità del processo e ridurre le differenze tra i prodotti. Nelle fasi chiave che influiscono sulla sicurezza, impostare fasi speciali (come sbavatura depolarizzante, polvere spazzante, utilizzo di metodi di saldatura diversi per materiali diversi, ecc.), implementare un controllo di qualità standardizzato, eliminare le parti difettose, eliminare i prodotti difettosi (come la deformazione dell'elettrodo, perforazione del diaframma, perdita di materiale attivo e perdita di elettrolita, ecc.).
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