Supraskite ličio baterijų saugos technologiją trimis aspektais: medžiaga, konstrukcija ir procesas
Ličio jonų akumuliatorių keliami pavojai
Ličio jonų akumuliatoriai yra potencialiai pavojingas cheminės energijos šaltinis dėl savo cheminių savybių ir sistemos sudėties.
(1). Didelis cheminis aktyvumas
Litis yra pagrindinis I grupės elementas antrajame periodinės elementų lentelės periode ir pasižymi itin aktyviomis cheminėmis savybėmis.
(2). Didelis energijos tankis
Ličio jonų baterijos turi ypač didelę savitąją energiją (didesnė arba lygi 140 Wh/kg), kelis kartus daugiau nei antrinės baterijos, tokios kaip nikelio-kadmio ir nikelio-vandenilio. Dėl šiluminės pabėgimo reakcijos išsiskiria šiluma ir tai gali sukelti nesaugų elgesį.
(3). Naudojant organinę elektrolitų sistemą
Organinis elektrolitų sistemos tirpiklis yra angliavandenilis, kuris turi mažą skilimo įtampą ir yra linkęs oksiduotis. Tirpiklis taip pat yra degus; akumuliatorius užsidegs, sudegs arba sprogs, jei nutekės.
(4). Didelė šalutinių reakcijų tikimybė
Įprastai naudojant ličio jonų baterijas, viduje vyksta teigiamos cheminės reakcijos, kurių metu elektros ir cheminė energija paverčiama viena į kitą. Tačiau esant tam tikroms sąlygoms, pvz., perkraunant, iškraunant ar veikiant per didelės srovės srove, akumuliatoriaus viduje lengva sukelti chemines šalutines reakcijas. Kai ši šalutinė reakcija sustiprės, tai labai paveiks akumuliatoriaus veikimą ir tarnavimo laiką. Gali susidaryti didelis kiekis dujų, dėl kurių slėgis akumuliatoriaus viduje greitai padidės, o tada sprogs ir užsidegs, o tai sukels saugos problemų.
(5). Elektrodo medžiagos struktūra yra nestabili
Ličio jonų baterijų perkrovimo reakcija pakeis katodo medžiagos struktūrą, todėl medžiaga stipriai oksiduojasi, o elektrolito tirpiklis stipriai oksiduojasi. šis poveikis yra negrįžtamas, o susikaupus reakcijos sukeltai šilumai, kyla terminio pabėgimo pavojus.
Ličio jonų baterijų gaminių saugos problemų priežasčių analizė
Po 30 metų pramoninės ličio jonų baterijų gaminių plėtros, saugos technologijos padarė didelę pažangą, efektyviai kontroliuojant šalutines reakcijas akumuliatoriuje ir užtikrinant akumuliatoriaus saugumą. Tačiau, kadangi ličio jonų baterijos naudojamos vis plačiau, o jų energijos tankis tampa vis didesnis, pastaraisiais metais dažnai pasitaiko tokių incidentų kaip sprogimai ir sužalojimai arba gaminių atšaukimas dėl pavojų saugai. Toliau apibendriname pagrindines ličio jonų baterijų gaminių saugos problemų priežastis:
1. Akumuliatoriaus šerdies medžiagos problemos
Akumuliatoriaus šerdyje naudojamos medžiagos yra teigiama aktyvioji medžiaga, neigiama aktyvioji medžiaga, separatorius, elektrolitas ir apvalkalas ir kt. Medžiagų parinkimas ir sudėtinės sistemos suderinimas lemia akumuliatoriaus šerdies saugos charakteristikas. Parenkant teigiamas ir neigiamas aktyviąsias medžiagas bei separatorius, gamintojas neatliko tam tikro žaliavų charakteristikų ir atitikimo vertinimo, todėl atsirado būdingi akumuliatoriaus elementų saugos trūkumai.
2. Gamybos proceso klausimai
Baterijų elementų žaliavos nėra griežtai tikrinamos. Prasta gamybos aplinka, dėl to gamyboje susimaišo priemaišos, o tai ne tik labai pablogina akumuliatoriaus talpą, bet ir turi didelę įtaką akumuliatoriaus saugumui; be to, jei į elektrolitą įmaišoma per daug drėgmės, gali kilti šalutinių reakcijų ir padidėti akumuliatoriaus vidinis slėgis, o tai turi įtakos saugai; dėl gamybos proceso lygio apribojimų gaminys negali pasiekti geros konsistencijos baterijos elementų gamybos procese, pvz., prastas elektrodo pagrindo lygumas, Problemos, tokios kaip elektrodo aktyviųjų medžiagų nukritimas, kitų priemaišų maišymasis aktyviosiose medžiagose , silpnas ąselės suvirinimas, nestabili suvirinimo temperatūra, polių dalių briaunos ir izoliacinės juostos nenaudojimas ant pagrindinių dalių gali turėti įtakos akumuliatoriaus šerdies saugai. neigiamas poveikis.
3. Akumuliatoriaus šerdies konstrukcijos defektai ir sumažėjusios saugos savybės
Kalbant apie konstrukcijos projektą, gamintojai rimtai neatsižvelgia į daugelį pagrindinių aspektų, kurie turi įtakos saugai, pavyzdžiui, izoliacinės juostos nebuvimas pagrindinėse dalyse, separatoriaus konstrukcija nepalieka jokios arba nepakankamos atsargos, teigiamas ir neigiamas elektrodų talpa. santykio dizainas yra nepagrįstas, o teigiamas ir neigiamas elektrodų aktyvumas Medžiagos ploto santykio dizainas yra nepagrįstas, skirtuko ilgio dizainas yra nepagrįstas ir pan., o tai gali kelti paslėptą pavojų akumuliatoriaus saugai. Be to, baterijų elementų gamybos procese, siekdami sutaupyti išlaidų ir pagerinti našumą, kai kurie baterijų gamintojai stengiasi taupyti ir suspausti žaliavas, pvz., sumažinti diafragmos plotą, ploninti varinę foliją ir aliuminio foliją, o ne naudoti slėgio mažinimo vožtuvus. izoliacinės juostos ir pan., tai sumažins akumuliatoriaus saugumą.
4. Energijos tankis per didelis
Rinka siekia didesnės talpos baterijų gaminių. Siekdami padidinti gaminių konkurencingumą, gamintojai ir toliau didina ličio jonų akumuliatorių tūriui būdingą energiją, o tai labai padidina baterijų riziką.
Apsaugos technologija
Nors ličio jonų akumuliatoriai turi daug paslėptų pavojų, tam tikromis naudojimo sąlygomis ir taikant tam tikras priemones galima efektyviai kontroliuoti pašalinių reakcijų ir audringų reakcijų atsiradimą ląstelėse, siekiant užtikrinti jų saugumą. Toliau trumpai pristatomos kelios dažniausiai naudojamos ličio jonų baterijų saugos technologijos.
Rinkitės žaliavas su didesniu saugos koeficientu
Rinkitės teigiamas ir neigiamas aktyviąsias medžiagas, separatorius ir elektrolitus su didesniais saugos faktoriais.
a) Katodinių medžiagų parinkimas
Katodinių medžiagų sauga daugiausia grindžiama šiais trimis aspektais:
1. Medžiagos termodinaminis stabilumas;
2. Cheminis medžiagų stabilumas;
3. Fizinės medžiagų savybės.
b) Diafragmos medžiagų parinkimas
Pagrindinė separatoriaus funkcija yra atskirti teigiamus ir neigiamus akumuliatoriaus elektrodus, kad teigiamas ir neigiamas elektrodai nesusiliestų ir nesukeltų trumpojo jungimo. Tuo pačiu metu jis turi galimybę leisti elektrolitų jonus, tai yra, turi elektroninę izoliaciją ir jonų laidumą. Renkantis ličio jonų akumuliatorių separatorius, reikia atkreipti dėmesį į šiuos dalykus:
1. Turi elektroninę izoliaciją ir užtikrina mechaninę teigiamo ir neigiamo elektrodų izoliaciją;
2. Jis turi tam tikrą porų dydį ir poringumą, kad būtų užtikrintas mažas atsparumas ir didelis joninis laidumas;
3. Diafragmos medžiaga turi pakankamą cheminį stabilumą ir turi būti atspari elektrolitų korozijai;
4. Diafragma turi turėti automatinio išjungimo apsaugos funkciją;
5. Diafragmos terminis susitraukimas ir deformuojamumas turi būti kuo mažesnis;
6 Diafragma turi būti tam tikro storio;
7 Diafragma turi būti stipri fizinė ir pakankamai atspari pradūrimui.
c) Elektrolito parinkimas
Elektrolitas yra svarbi ličio jonų baterijų sudedamoji dalis ir atlieka svarbų vaidmenį pernešant ir praleidžiant srovę tarp teigiamų ir neigiamų akumuliatoriaus elektrodų. Ličio jonų baterijose naudojamas elektrolitas yra elektrolito tirpalas, gaunamas ištirpinant atitinkamą ličio druską organiniame aprotiniame mišriajame tirpiklyje. Paprastai jis turi atitikti šiuos reikalavimus:
1. Geras cheminis stabilumas, jokios cheminės reakcijos su elektrodų aktyviosiomis medžiagomis, srovės kolektoriais ir separatoriais;
2. Geras elektrocheminis stabilumas ir platus elektrocheminis langas;
3 ličio jonai pasižymi dideliu laidumu ir mažu elektroniniu laidumu;
4. Platus skysčio temperatūros diapazonas;
5. Saugus, netoksiškas ir nekenksmingas aplinkai.
Sustiprinti bendrą akumuliatoriaus elementų saugos konstrukciją
Akumuliatoriaus šerdis yra jungtis, sujungianti įvairias akumuliatoriaus medžiagas. Jis integruoja teigiamą elektrodą, neigiamą elektrodą, separatorių, skirtuką ir pakavimo plėvelę. Akumuliatoriaus šerdies konstrukcija turi įtakos ne tik įvairių medžiagų veikimui, bet ir bendram akumuliatoriaus veikimui. Svarbų poveikį turi elektrocheminės charakteristikos ir saugos rodikliai. Medžiagų pasirinkimas ir akumuliatoriaus šerdies konstrukcinis dizainas yra iš dalies ir apskritai susiję. Medžiagos charakteristikos turėtų būti sujungtos baterijos šerdies konstrukcijoje, kad būtų galima suformuluoti pagrįstą konstrukcijos modelį.
Be to, ličio baterijos struktūroje taip pat galima apsvarstyti kai kuriuos papildomus apsaugos įtaisus. Įprasti apsaugos mechanizmai yra šie:
1. Naudojant perjungimo elementus, kylant temperatūrai akumuliatoriaus viduje, atitinkamai pakyla jo varža. Kai temperatūra yra per aukšta, maitinimas bus automatiškai sustabdytas;
2. Įstatykite apsauginį vožtuvą (ventiliacijos angą akumuliatoriaus viršuje). Kai akumuliatoriaus vidinis slėgis pakyla iki tam tikros vertės, apsauginis vožtuvas automatiškai atsidaro, kad būtų užtikrintas jo saugumas.
Toliau pateikiami keli akumuliatoriaus elementų konstrukcijų saugos projektavimo pavyzdžiai:
a) Teigiamų ir neigiamų elektrodų talpos santykis ir projektinis lusto dydis
Pasirinkite tinkamą teigiamo ir neigiamo elektrodo talpos santykį pagal teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagų charakteristikas. Akumuliatoriaus šerdies teigiamų ir neigiamų elektrodų talpos santykis yra svarbi sąsaja, susijusi su ličio jonų akumuliatoriaus sauga. Jei teigiamo elektrodo talpa yra per didelė, ant neigiamo elektrodo paviršiaus atsiras metalinio ličio. nusėdimas, o jei neigiamas elektrodas bus per didelis, akumuliatoriaus talpa patirs didesnį nuostolį. Paprastai tariant, N/P=1.05–1.15 ir atitinkami pasirinkimai atliekami atsižvelgiant į faktinę akumuliatoriaus talpą ir saugos reikalavimus. Suprojektuokite gabalo dydį taip, kad neigiamo elektrodo pastos (aktyviosios medžiagos) padėtis uždengtų (būtų didesnė už) teigiamo elektrodo pastos padėtį. Paprastai plotis turi būti 1–5 mm didesnis, o ilgis – 5–10 mm didesnis.
b) Leidžiama diafragmos pločiui
Bendras separatoriaus pločio konstrukcijos principas yra išvengti vidinių trumpųjų jungimų, kuriuos sukelia tiesioginis teigiamo ir neigiamo elektrodų kontaktas. Dėl separatoriaus terminio susitraukimo akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo proceso metu bei šiluminio šoko ir kitose aplinkose separatorius deformuojasi ilgio ir pločio kryptimis, o separatorius deformuojasi. Susiraukšlėjęs plotas padidina poliarizaciją dėl padidėjusios atstumas tarp teigiamų ir neigiamų elektrodų; ištemptas separatoriaus plotas padidina mikro trumpojo jungimo galimybę dėl separatoriaus plonėjimo; dėl separatoriaus krašto srities susitraukimo teigiami ir neigiami elektrodai gali tiesiogiai susijungti Vidinis trumpasis jungimas įvyksta dėl kontakto, dėl kurio akumuliatoriui kils pavojus dėl terminio nutekėjimo. Todėl projektuojant akumuliatorių, naudojant plotą ir plotį, reikia atsižvelgti į separatoriaus susitraukimo charakteristikas. Atskyriklis yra didesnis nei anodas ir katodas. Atsižvelgiant į proceso klaidas, izoliacinė plėvelė turi būti bent 0,1 mm ilgesnė už išorinį poliaus kraštą.
c) Izoliacijos apdorojimas
Vidinis trumpasis jungimas yra svarbus veiksnys, keliantis pavojų ličio jonų akumuliatorių saugai. Akumuliatoriaus elemento konstrukcijoje daugelis potencialiai pavojingų dalių gali sukelti vidinius trumpuosius jungimus. Todėl šiose pagrindinėse vietose turėtų būti įrengtos būtinos priemonės arba izoliacija, kad būtų išvengta vidinių trumpųjų jungimų neįprastomis aplinkybėmis. Pavyzdžiui, jei akumuliatoriuje įvyksta trumpasis jungimas, išlaikykite reikiamą atstumą tarp teigiamo ir neigiamo elektrodo ausų; Užtepkite izoliacinę juostą vienoje apdailos pusėje be pastos viduryje ir uždenkite visas atviras dalis; tarp teigiamos aliuminio folijos ir neigiamos aktyvios medžiagos užtepkite izoliacinę juostą; pritaikymas Izoliacinė juosta dengia visas suvirinamas ąselių dalis; Akumuliatoriaus šerdies viršuje naudojama izoliacinė juosta.
d) Nustatykite apsauginį vožtuvą (slėgio mažinimo įtaisą)
Ličio jonų baterijoms dažnai gresia pavojus, nes vidinė temperatūra arba slėgis yra per aukštas, o tai sukelia sprogimus ar gaisrus; Įrengus pagrįstą slėgio mažinimo įtaisą, esant pavojui, akumuliatoriaus viduje esantis slėgis ir šiluma gali greitai išleisti, o tai sumažina sprogimo riziką. Reikalingas pagrįstas slėgio mažinimo įtaisas, kuris normaliai eksploatuojant atitiktų vidinį akumuliatoriaus slėgį ir automatiškai atsidarytų, kad atleistų slėgį, kai vidinis slėgis pasiekia pavojingą ribą. Nustatant slėgio mažinimo įtaiso padėtį, reikia atsižvelgti į akumuliatoriaus korpuso vidinio slėgio padidėjimo poveikį. Apsauginiai vožtuvai, sukurti pagal deformacijos charakteristikas, gali būti suprojektuoti per lameles, briaunas, siūles ir įpjovas.
Pagerinkite technologijų lygį
Reikėtų dėti pastangas standartizuoti baterijų elementų gamybos procesą. Maišymo, dengimo, kepimo, tankinimo, pjaustymo ir vyniojimo etapuose standartizuoti (pvz., diafragmos plotis, elektrolito įpurškimo tūris ir kt.) ir tobulinti proceso metodus (pvz., žemo slėgio įpurškimo metodas, išcentrinė apkrova ir kt.) Shell metodas ir kt.), gerai atlikti proceso valdymo darbą, užtikrinti proceso kokybę ir susiaurinti produktų skirtumus; nustatyti specialius proceso etapus pagrindiniuose etapuose, kurie turi įtakos saugumui (pvz., nuvalyti elektrodo plokštelę, šluoti miltelius ir naudoti skirtingus suvirinimo metodus skirtingoms medžiagoms) ir kt.), įgyvendinti standartizuotą kokybės stebėjimą, pašalinti sugedusias dalis ir neįtraukti gaminių su defektais (pvz., poliaus deformacijos, diafragmos pradūrimo, aktyvios medžiagos nukritimo, elektrolito nuotėkio ir kt.); laikykite gamybos vietą tvarkingą ir švarią bei įgyvendinkite 5S valdymą ir 6 -sigma kokybės kontrolę, kad gamybos metu nesimaišytų nešvarumai ir drėgmė ir sumažintumėte nelaimingų atsitikimų poveikį saugumui gamybos metu.
