I. Опасность литий-ионных аккумуляторов.

Литий-ионный аккумулятор является потенциально опасным химическим источником энергии из-за его собственных химических характеристик и системного состава.

(1) высокая химическая активность.
Литий — элемент основной группы второго цикла таблицы Менделеева, обладающий чрезвычайно активными химическими свойствами.

(2) Высокая плотность энергии.
Удельная энергия литий-ионных аккумуляторов чрезвычайно высока (≥ 140 Втч/кг), что в несколько раз выше, чем у Ni-CD, Ni-MH и других вторичных аккумуляторов. Если произойдет реакция теплового разгона, она будет выделять большое количество тепла и легко приведет к небезопасному поведению.

(3) с использованием системы органических электролитов.
Органический растворитель системы органических электролитов представляет собой углеводород, напряжение разложения низкое, он легко окисляется, а растворитель легко воспламеняется; в случае утечки батарея может загореться, даже сгореть и взорваться.

(4) высока вероятность побочных реакций.
При нормальном использовании литий-ионного аккумулятора происходит положительная химическая реакция между электрической энергией и химической энергией. Однако при некоторых условиях, таких как чрезмерная зарядка, чрезмерная разрядка или работа с перегрузкой по току, это легко может привести к химической побочной реакции внутри батареи; после усиления побочной реакции это серьезно повлияет на производительность и срок службы батареи и может привести к выделению большого количества газа, что приведет к проблемам безопасности, вызванным взрывом и пожаром после быстрого повышения давления внутри батареи. .

(5) структура материала электрода нестабильна.

Реакция перезарядки литий-ионной батареи изменит структуру материала катода и сделает материал сильным окислительным эффектом, так что растворитель в электролите будет сильно окислен, и этот эффект необратим. Если тепло, вызванное реакцией, накапливается, возникает риск теплового разгона.

II. вызвать анализ проблем безопасности продуктов литий-ионных аккумуляторов.
После 30 лет промышленного развития технологии безопасности литий-ионных аккумуляторов значительно продвинулись вперед, что позволяет эффективно контролировать возникновение побочных реакций в аккумуляторе и обеспечивает безопасность аккумулятора. Тем не менее, с все более и более широким использованием литий-ионных аккумуляторов и более высокой плотностью энергии в последние годы все еще происходят повторяющиеся инциденты, такие как травмы от взрыва или отзыв продукции из-за рисков для безопасности. Мы резюмируем основные причины проблем с безопасностью литий-ионных аккумуляторов:

(1) проблема материала ячейки.
Материалы, используемые в батарее, включают в себя: положительный активный материал, отрицательный активный материал, диафрагму, электролит, оболочку и т. д. Характеристики безопасности элемента определяются выбором материалов и согласованием системы. При выборе положительных и отрицательных активных материалов и материалов диафрагм производители не оценили характеристики и соответствие исходных материалов, что привело к врожденным недостаткам безопасности сердечника.

(2) проблемы производственного процесса.
Небрежный контроль сырья для элементов и плохая производственная среда приводят к смешиванию примесей в производстве, что не только отрицательно сказывается на емкости батареи, но и оказывает большое влияние на безопасность батареи; кроме того, если в электролит подмешано слишком много воды, может возникнуть побочная реакция, которая повысит внутреннее давление батареи, что повлияет на безопасность. Из-за ограничений производственного процесса продукты не могут достичь хорошей согласованности в процессе производства электрода. например, плохая гладкость матрицы электрода, осыпание активного материала электрода, смешивание других примесей с активным материалом, нестабильная температура сварки, заусенцы на кромке электрода и отсутствие использования изоляционной ленты в ключевых частях могут неблагоприятно повлиять на качество сварки. безопасность ядра.

(3) конструктивный дефект батареи снижает показатели безопасности.
При проектировании конструкции многие ключевые моменты, влияющие на безопасность, не были учтены производителями, такие как отсутствие изоляционной ленты в ключевых частях, отсутствие запаса или недостаточный запас в конструкции диафрагмы, неразумное проектирование соотношения емкости положительного и отрицательного электродов, неразумное проектирование положительного электрода. и отрицательное соотношение площади активного материала, неразумная конструкция длины полюсного ушка и т. д., все это может таить в себе скрытые опасности для безопасности батареи. Кроме того, в процессе производства элементов некоторые производители аккумуляторов стараются экономить и сжимать сырье, чтобы сэкономить затраты и улучшить производительность, например, уменьшить площадь диафрагмы, утончить медную фольгу, алюминиевую фольгу и не использовать предохранительный клапан, изоляционную ленту. и так далее. все это снизит безопасность батареи.

(4)плотность энергии слишком высока.
В настоящее время рынок находится в погоне за продуктами аккумуляторов большей емкости, производители, чтобы повысить конкурентоспособность продуктов, продолжают улучшать объемную удельную энергию литий-ионных аккумуляторов, что значительно увеличивает риск аккумуляторов.

III. Технология безопасности.
Хотя литий-ионный аккумулятор таит в себе много скрытых опасностей, при определенных условиях использования и принятии определенных мер можно эффективно контролировать возникновение побочных реакций и тяжелых реакций в ячейке и обеспечивать ее безопасное использование. Ниже приводится краткое введение в несколько широко используемых технологий безопасности для литий-ионных аккумуляторов.

1> выберите сырье с более высоким коэффициентом безопасности.
Выбирайте положительные и отрицательные активные материалы, материалы диафрагмы и электролиты с более высоким коэффициентом безопасности.
А) выбор катодных материалов.
Безопасность катодных материалов в основном основана на следующих трех аспектах:
(1) Термодинамическая стабильность материалов.
(2) химическая стойкость материалов.
(3) физические свойства материала.

Б) выбор материалов диафрагмы.
Основная функция диафрагмы состоит в том, чтобы разделить положительный и отрицательный электроды батареи, предотвратить контакт и короткое замыкание положительного и отрицательного электродов, а также иметь возможность пропускать ионы электролита, то есть электронную изоляцию и ионную проводимость. . При выборе диафрагм для литий-ионных аккумуляторов следует обратить внимание на следующие моменты:
(1) имеет электронную изоляцию для обеспечения механической изоляции положительного и отрицательного электродов.
(2) имеет поры определенного диаметра и пористость, обеспечивающие низкое сопротивление и высокую ионную проводимость.
(3)Материал диафрагмы обладает достаточной химической стабильностью и должен быть устойчив к электролитной коррозии.
(4) диафрагма должна иметь функцию защиты от автоматического отключения.
(5) термическая усадка и деформация диафрагмы должны быть как можно меньше.
(6) диафрагма должна иметь определенную толщину.
(7) диафрагма должна иметь сильную физическую прочность и достаточно сильную защиту от проколов.

в) подбор электролитов.
Электролит является важной частью литий-ионной батареи, которая передает и проводит ток между положительным и отрицательным электродами литий-ионной батареи. Электролит, используемый в литий-ионных батареях, представляет собой раствор электролита, образованный путем растворения соответствующей литиевой соли в органическом непротонном смешанном растворителе. Обычно он должен отвечать следующим требованиям:
(1) хорошая химическая стабильность, отсутствие химической реакции с активным материалом электрода, токосъемником и диафрагмой.
(2) хорошая электрохимическая стабильность и широкое электрохимическое окно.
(3) Высокая проводимость ионов лития и низкая электронная проводимость.
(4) широкий диапазон температуры жидкости.
(5) безопасный, нетоксичный и безопасный для окружающей среды.

Укрепите общую конструкцию безопасности ячейки.
Аккумулятор представляет собой связующее звено, объединяющее все виды материалов аккумулятора, и представляет собой интеграцию положительного электрода, отрицательного электрода, диафрагмы, ушка электрода, упаковочной пленки и так далее. Конструкция батареи не только влияет на характеристики различных материалов, но также оказывает важное влияние на общие электрохимические характеристики и показатели безопасности батареи. Подбор материалов и конструкция клеточной структуры – это своего рода взаимосвязь между частью и целым. В конструкции батареи должен быть установлен разумный структурный режим в соответствии с характеристиками материала.

Кроме того, в конструкции литиевой батареи можно предусмотреть некоторые дополнительные защитные устройства. общие конструкции механизма защиты следующие: 1 используется элемент переключателя, и его сопротивление увеличивается, когда температура в батарее повышается, а когда температура слишком высока, автоматически останавливается подача питания. (2) установить предохранительный клапан (то есть вентиляционное отверстие в верхней части батареи). Когда внутреннее давление батареи поднимается до определенного значения, автоматически открывается предохранительный клапан, чтобы обеспечить безопасность батареи.

Ниже приведены некоторые примеры безопасного проектирования конструкции активной зоны:
A) соотношение мощностей положительных и отрицательных электродов и расчетный размер.
Соответствующее соотношение емкости положительного и отрицательного электродов выбирается в соответствии с характеристиками материалов положительного и отрицательного электродов. соотношение емкости положительного и отрицательного электродов является важным звеном, связанным с безопасностью литий-ионного аккумулятора. если положительная емкость слишком велика, металлический литий будет осаждаться на поверхности отрицательного электрода. емкость батареи со слишком большим отрицательным электродом будет иметь большие потери. В общем, N/P=1,05~1,15, и сделайте соответствующий выбор в соответствии с фактической емкостью батареи и требованиями безопасности. Размер пленки разработан таким образом, чтобы положение негативной пасты (активного материала) было больше, чем положение позитивной пасты, ширина должна быть больше на 1 мм, а длина должна быть больше на 5 мм.
Б) имеется запас по ширине диафрагмы.
Общий принцип конструкции ширины диафрагмы заключается в предотвращении внутреннего короткого замыкания, вызванного непосредственным контактом положительного и отрицательного электродов. Термическая усадка диафрагмы приводит к деформации диафрагмы в направлении длины и ширины при заряде и разряде аккумуляторов и в условиях теплового удара. Площадь сгиба диафрагмы увеличивает поляризацию за счет увеличения расстояния между положительным и отрицательным электродами, а площадь натяжения диафрагмы увеличивает возможность микрокороткого замыкания из-за утончения диафрагмы. Сжатие краевой области диафрагмы может привести к внутреннему короткому замыканию, вызванному прямым контактом между положительным и отрицательным электродами, что может сделать батарею опасной из-за теплового разгона. Поэтому при проектировании батареи необходимо учитывать усадочные характеристики диафрагмы при использовании площади и ширины диафрагмы, а сепаратор больше анода и катода. Учитывая, что помимо ошибки процесса, изоляционная пленка должна быть не менее чем на 0,1 мм длиннее внешней стороны электрода.
C) Обработка изоляции.
Внутреннее короткое замыкание является важным фактором безопасности, скрытой опасности литий-ионного аккумулятора. в конструкции литий-ионного аккумулятора имеется много потенциально опасных мест, которые вызывают внутреннее короткое замыкание, поэтому в этих ключевых местах необходимо принять необходимые меры или изолировать. чтобы предотвратить возникновение короткого замыкания в аккумуляторе в нештатных ситуациях, таких как соблюдение необходимого расстояния между положительными и отрицательными ушами. Изоляционная лента должна быть прикреплена к среднему неклейкому месту конечной стороны, и все открытые части должны быть обернуты; между положительной алюминиевой фольгой и отрицательным активным материалом следует наклеить изоляционную ленту; привариваемая часть ушка электрода должна быть полностью закрыта изоляционной лентой; верхняя часть жилы должна быть покрыта изоляционной лентой и т.д.
Г) установить предохранительный клапан (устройство сброса давления).
Опасность литий-ионной батареи часто связана с взрывом и пожаром, вызванным чрезмерной внутренней температурой или давлением; установка разумного устройства сброса давления может быстро сбросить давление и тепло внутри батареи, когда возникает опасность, и снизить риск взрыва. Разумное устройство сброса давления требуется не только для удовлетворения внутреннего давления батареи, когда она работает нормально, но и для автоматического открытия и сброса давления, когда внутреннее давление достигает опасного предела. Положение установки устройства сброса давления должно учитывать характеристики деформации корпуса батареи из-за увеличения внутреннего давления. Конструкция предохранительного клапана может быть реализована тонкими листами, кромками, швами и царапинами.
(3) повысить уровень технологии.
Стремитесь сделать хорошую работу по стандартизации и стандартизации процесса производства аккумуляторов. На этапах смешивания, нанесения покрытия, запекания, уплотнения, резки и намотки стандартизируйте (например, ширину диафрагмы, впрыск электролита и т. д.), улучшите технологические средства (такие как метод впрыска жидкости под низким давлением, метод центробежной оболочки и т. д.), хорошо справляться с управлением технологическим процессом, обеспечивать качество процесса и уменьшать различия между продуктами. На ключевых шагах, влияющих на безопасность, установите специальные шаги (такие как деполяризующий заусенец, заметание порошком, использование разных методов сварки для разных материалов и т. д.), внедрите стандартизированный контроль качества, устраните дефектные детали, устраните дефектные продукты (такие как деформация электрода, прокол диафрагмы, осыпание активного материала и утечка электролита и т. д.).