3. Varnostna tehnologija
Čeprav imajo litij-ionske baterije veliko skritih nevarnosti, lahko pod posebnimi pogoji uporabe in z določenimi ukrepi učinkovito nadzorujejo pojav stranskih reakcij in burne reakcije v baterijskih celicah, da zagotovijo njihovo varno uporabo.Sledi kratek uvod v več pogosto uporabljenih varnostnih tehnologij za litij-ionske baterije.
（1） Izberite surovine z višjim varnostnim faktorjem
Izbrati je treba pozitivne in negativne polarne aktivne materiale, membranske materiale in elektrolite z višjim varnostnim faktorjem.
a) Izbor pozitivnega materiala
Varnost katodnih materialov temelji predvsem na naslednjih treh vidikih:
1. Termodinamična stabilnost materialov;
2. Kemijska stabilnost materialov;
3. Fizikalne lastnosti materialov.
b) Izbira materiala diafragme
Glavna funkcija diafragme je ločevanje pozitivnih in negativnih elektrod baterije, preprečevanje kratkega stika zaradi stika med pozitivnimi in negativnimi elektrodami ter omogočanje prehoda ionov elektrolitov, to pomeni, da ima elektronsko izolacijo in ion prevodnost.Pri izbiri diafragme za litij-ionske baterije je treba upoštevati naslednje:
1. Ima elektronsko izolacijo, ki zagotavlja mehansko izolacijo pozitivnih in negativnih elektrod;
2. Ima določeno odprtino in poroznost, ki zagotavlja nizek upor in visoko ionsko prevodnost;
3. Material diafragme mora imeti zadostno kemično stabilnost in mora biti odporen proti koroziji zaradi elektrolitov;
4. Membrana mora imeti funkcijo zaščite pred samodejnim izklopom;
5. Toplotno krčenje in deformacija diafragme morata biti čim manjša;
6. Diafragma mora imeti določeno debelino;
7. Diafragma mora imeti močno fizično trdnost in zadostno odpornost proti prebadanju.
c) Izbira elektrolita
Elektrolit je pomemben del litij-ionske baterije, ki ima vlogo prenosa in prevajanja toka med pozitivno in negativno elektrodo baterije.Elektrolit, ki se uporablja v litij-ionskih baterijah, je raztopina elektrolita, ki nastane z raztapljanjem ustreznih litijevih soli v organskih aprotičnih mešanih topilih.Na splošno mora izpolnjevati naslednje zahteve:
1. Dobra kemična stabilnost, brez kemične reakcije z aktivno snovjo elektrode, zbiralno tekočino in diafragmo;
2. Dobra elektrokemična stabilnost s širokim elektrokemičnim oknom;
3. Visoka prevodnost litij-ionov in nizka elektronska prevodnost;
4. širok razpon temperature tekočine;
5. Je varen, netoksičen in okolju prijazen.
(2) Okrepite splošno varnostno zasnovo celice
Baterijska celica je povezava, ki združuje različne materiale baterije in integracijo pozitivnega pola, negativnega pola, diafragme, čepa in embalažne folije.Zasnova celične strukture ne vpliva samo na delovanje različnih materialov, ampak pomembno vpliva tudi na celotno elektrokemično delovanje in varnost baterije.Izbor materialov in zasnova jedrne konstrukcije sta le nekakšno razmerje med lokalnim in celotnim.Pri zasnovi jedra je treba razumen strukturni način oblikovati glede na značilnosti materiala.
Poleg tega je mogoče razmisliti o nekaterih dodatnih zaščitnih napravah za strukturo litijeve baterije.Pogosti zaščitni mehanizmi so naslednji:
a) Preklopni element je sprejet.Ko se temperatura v bateriji dvigne, se ustrezno poveča tudi vrednost njenega upora.Ko je temperatura previsoka, se napajanje samodejno ustavi;
b) Nastavite varnostni ventil (tj. odprtino za zrak na vrhu akumulatorja).Ko notranji tlak baterije naraste na določeno vrednost, se varnostni ventil samodejno odpre, da zagotovi varnost baterije.
Tukaj je nekaj primerov varnostne zasnove strukture električnega jedra:
1. Razmerje zmogljivosti pozitivnega in negativnega pola ter konstrukcijska velikost rezine
Izberite ustrezno razmerje zmogljivosti pozitivnih in negativnih elektrod glede na značilnosti materialov pozitivnih in negativnih elektrod.Razmerje med kapaciteto pozitivne in negativne elektrode celice je pomembna povezava, povezana z varnostjo litij-ionskih baterij.Če je kapaciteta pozitivne elektrode prevelika, se bo kovinski litij odložil na površino negativne elektrode, če pa je kapaciteta negativne elektrode prevelika, se bo zmogljivost baterije močno zmanjšala.Na splošno je N/P=1,05–1,15, ustrezen izbor pa je treba opraviti glede na dejansko zmogljivost baterije in varnostne zahteve.Veliki in majhni kosi morajo biti oblikovani tako, da položaj negativne paste (aktivne snovi) zapira (presega) položaj pozitivne paste.Na splošno mora biti širina 1–5 mm večja, dolžina pa 5–10 mm večja.
2. Dodatek za širino diafragme
Splošno načelo zasnove širine diafragme je preprečiti notranji kratki stik, ki ga povzroči neposredni stik med pozitivno in negativno elektrodo.Ker toplotno krčenje diafragme povzroči deformacijo membrane v smeri dolžine in širine med polnjenjem in praznjenjem baterije ter pod toplotnim udarom in drugimi okolji, se polarizacija prepognjenega območja membrane poveča zaradi povečanja razdalje med pozitivnimi in negativne elektrode;Zaradi tanjšanja diafragme se poveča možnost mikro kratkega stika v območju raztezanja membrane;Krčenje na robu membrane lahko povzroči neposreden stik med pozitivnimi in negativnimi elektrodami ter notranji kratek stik, kar lahko povzroči nevarnost zaradi toplotnega uhajanja baterije.Zato je treba pri načrtovanju akumulatorja upoštevati njegove značilnosti krčenja pri uporabi površine in širine membrane.Izolacijska folija mora biti večja od anode in katode.Poleg napake postopka mora biti izolacijska folija vsaj 0,1 mm daljša od zunanje strani kosa elektrode.
3. Izolacijska obdelava
Notranji kratek stik je pomemben dejavnik potencialne varnostne nevarnosti litij-ionske baterije.Obstaja veliko potencialno nevarnih delov, ki povzročajo notranji kratek stik v strukturni zasnovi celice.Zato je treba na teh ključnih mestih nastaviti potrebne ukrepe ali izolacijo, da se prepreči notranji kratek stik v bateriji v neobičajnih pogojih, kot je vzdrževanje potrebnega razmika med ušesi pozitivne in negativne elektrode;Izolacijski trak je treba prilepiti na mestu brez lepila na sredini enega konca in prekriti je treba vse izpostavljene dele;Med pozitivno alu folijo in negativno aktivno snov se nalepi izolirni trak;Varilni del čepa mora biti v celoti prekrit z izolirnim trakom;Na vrhu električnega jedra se uporablja izolacijski trak.
4. Nastavitev varnostnega ventila (naprava za razbremenitev tlaka)
Litij-ionske baterije so nevarne, običajno zato, ker je notranja temperatura previsoka ali tlak previsok, da bi lahko povzročili eksplozijo in požar;Razumna naprava za razbremenitev tlaka lahko v primeru nevarnosti hitro sprosti tlak in toploto v bateriji ter zmanjša nevarnost eksplozije.Razumna naprava za razbremenitev tlaka ne le ustreza notranjemu tlaku baterije med normalnim delovanjem, ampak se tudi samodejno odpre, da sprosti tlak, ko notranji tlak doseže nevarno mejo.Nastavitveni položaj naprave za razbremenitev tlaka se načrtuje ob upoštevanju značilnosti deformacije ohišja baterije zaradi povečanja notranjega tlaka;Zasnova varnostnega ventila se lahko izvede z luskami, robovi, šivi in zarezami.
(3) Izboljšajte raven procesa
Treba si je prizadevati za standardizacijo in standardizacijo proizvodnega procesa celice.V korakih mešanja, premazovanja, pečenja, stiskanja, rezanja in navijanja oblikujte standardizacijo (kot je širina diafragme, prostornina vbrizgavanja elektrolita itd.), izboljšajte procesna sredstva (kot je metoda nizkotlačnega vbrizgavanja, metoda centrifugalne embalaže itd.) , dobro opravljajo svoje delo pri nadzoru procesov, zagotavljajo kakovost procesov in zmanjšujejo razlike med izdelki;Določite posebne delovne korake v ključnih korakih, ki vplivajo na varnost (kot je odstranjevanje robov z elektrodnega kosa, pometanje prahu, različne metode varjenja za različne materiale itd.), izvajajte standardizirano spremljanje kakovosti, odstranitev okvarjenih delov in odstranitev okvarjenih izdelkov (kot je deformacija kos elektrode, predrtje diafragme, odpadanje aktivne snovi, uhajanje elektrolita itd.);Ohranjajte proizvodno lokacijo čisto in urejeno, izvajajte upravljanje 5S in nadzor kakovosti 6-sigma, preprečite mešanje nečistoč in vlage v proizvodnji ter zmanjšajte vpliv nesreč v proizvodnji na varnost.
Čas objave: 16. nov. 2022