Tecnologia de risco e segurança da bateria de íon de lítio (2)

3. Tecnologia de segurança

Embora as baterias de íon de lítio tenham muitos perigos ocultos, sob condições específicas de uso e com certas medidas, elas podem controlar efetivamente a ocorrência de reações colaterais e reações violentas nas células da bateria para garantir seu uso seguro.A seguir, uma breve introdução a várias tecnologias de segurança comumente usadas para baterias de íon de lítio.

(1) Selecione matérias-primas com maior fator de segurança

Materiais ativos polares positivos e negativos, materiais de diafragma e eletrólitos com maior fator de segurança devem ser selecionados.

a) Seleção de material positivo

A segurança dos materiais do cátodo é baseada principalmente nos três aspectos a seguir:

1. Estabilidade termodinâmica dos materiais;

2. Estabilidade química dos materiais;

3. Propriedades físicas dos materiais.

b) Seleção dos materiais do diafragma

A principal função do diafragma é separar os eletrodos positivo e negativo da bateria, evitar curto-circuito causado pelo contato entre os eletrodos positivo e negativo e permitir a passagem de íons do eletrólito, ou seja, possui isolamento eletrônico e isolação iônica. condutividade.Os seguintes pontos devem ser observados ao selecionar o diafragma para baterias de íon de lítio:

1. Possui isolação eletrônica para garantir a isolação mecânica dos eletrodos positivos e negativos;

2. Tem uma certa abertura e porosidade para garantir baixa resistência e alta condutividade iônica;

3. O material do diafragma deve ter estabilidade química suficiente e deve ser resistente à corrosão eletrolítica;

4. O diafragma deve ter a função de proteção de desligamento automático;

5. O encolhimento térmico e a deformação do diafragma devem ser os menores possíveis;

6. O diafragma deve ter uma certa espessura;

7. O diafragma deve ter forte resistência física e resistência suficiente à perfuração.

c) Seleção de eletrólito

O eletrólito é uma parte importante da bateria de íon de lítio, que desempenha o papel de transmitir e conduzir a corrente entre os eletrodos positivos e negativos da bateria.O eletrólito usado nas baterias de íon-lítio é uma solução eletrolítica formada pela dissolução de sais de lítio apropriados em solventes mistos apróticos orgânicos.Em geral, deve atender aos seguintes requisitos:

1. Boa estabilidade química, sem reação química com a substância ativa do eletrodo, fluido coletor e diafragma;

2. Boa estabilidade eletroquímica, com ampla janela eletroquímica;

3. Alta condutividade de íons de lítio e baixa condutividade eletrônica;

4. Ampla gama de temperatura do líquido;

5. É seguro, não tóxico e ecológico.

(2) Fortalecer o projeto geral de segurança da célula

A célula da bateria é o elo que combina vários materiais da bateria e a integração do pólo positivo, pólo negativo, diafragma, lug e filme de embalagem.O design da estrutura da célula não afeta apenas o desempenho de vários materiais, mas também tem um impacto importante no desempenho eletroquímico geral e no desempenho de segurança da bateria.A seleção de materiais e o desenho da estrutura central são apenas uma espécie de relação entre o local e o todo.No projeto do núcleo, o modo de estrutura razoável deve ser formulado de acordo com as características do material.

Além disso, alguns dispositivos de proteção adicionais podem ser considerados para a estrutura da bateria de lítio.Os mecanismos de proteção comuns são os seguintes:

a) O elemento interruptor é adotado.Quando a temperatura dentro da bateria aumenta, seu valor de resistência também aumenta.Quando a temperatura estiver muito alta, a fonte de alimentação será interrompida automaticamente;

b) Defina uma válvula de segurança (ou seja, a saída de ar na parte superior da bateria).Quando a pressão interna da bateria atinge um determinado valor, a válvula de segurança abre automaticamente para garantir a segurança da bateria.

Aqui estão alguns exemplos do projeto de segurança da estrutura do núcleo elétrico:

1. Relação de capacidade de pólo positivo e negativo e fatia de tamanho de design

Selecione a relação de capacidade apropriada dos eletrodos positivos e negativos de acordo com as características dos materiais dos eletrodos positivos e negativos.A proporção da capacidade do eletrodo positivo e negativo da célula é um elo importante relacionado à segurança das baterias de íon de lítio.Se a capacidade do eletrodo positivo for muito grande, o lítio metálico se depositará na superfície do eletrodo negativo, enquanto se a capacidade do eletrodo negativo for muito grande, a capacidade da bateria será bastante perdida.Geralmente, N/P=1,05-1,15, e a seleção apropriada deve ser feita de acordo com a capacidade real da bateria e os requisitos de segurança.Peças grandes e pequenas devem ser projetadas de forma que a posição da pasta negativa (substância ativa) englobe (exceda) a posição da pasta positiva.Geralmente, a largura deve ser 1~5 mm maior e o comprimento deve ser 5~10 mm maior.

2. Tolerância para a largura do diafragma

O princípio geral do design da largura do diafragma é evitar curto-circuito interno causado pelo contato direto entre eletrodos positivos e negativos.Como o encolhimento térmico do diafragma causa deformação do diafragma na direção do comprimento e da largura durante o carregamento e descarregamento da bateria e sob choque térmico e outros ambientes, a polarização da área dobrada do diafragma aumenta devido ao aumento da distância entre e eletrodos negativos;A possibilidade de micro curto-circuito na área de estiramento do diafragma é aumentada devido ao afinamento do diafragma;O encolhimento na borda do diafragma pode levar ao contato direto entre os eletrodos positivo e negativo e curto-circuito interno, o que pode causar perigo devido ao descontrole térmico da bateria.Portanto, ao projetar a bateria, suas características de encolhimento devem ser levadas em consideração no uso da área e largura do diafragma.O filme de isolamento deve ser maior que o ânodo e o cátodo.Além do erro de processo, o filme de isolamento deve ser pelo menos 0,1 mm mais longo que o lado externo da peça do eletrodo.

3.Tratamento de isolamento

Curto-circuito interno é um fator importante no risco potencial de segurança da bateria de íons de lítio.Existem muitas partes potencialmente perigosas que causam curto-circuito interno no projeto estrutural da célula.Portanto, medidas necessárias ou isolamento devem ser definidos nessas posições chave para evitar curto-circuito interno na bateria em condições anormais, como manter o espaçamento necessário entre as orelhas do eletrodo positivo e negativo;A fita isolante deve ser colada na posição não colada no meio da extremidade única e todas as partes expostas devem ser cobertas;A fita isolante deve ser colada entre a folha de alumínio positiva e a substância ativa negativa;A parte soldada do borne deve ser completamente coberta com fita isolante;A fita isolante é usada na parte superior do núcleo elétrico.

4. Ajuste da válvula de segurança (dispositivo de alívio de pressão)

As baterias de íon de lítio são perigosas, geralmente porque a temperatura interna é muito alta ou a pressão é muito alta para causar explosão e incêndio;O dispositivo de alívio de pressão razoável pode liberar rapidamente a pressão e o calor dentro da bateria em caso de perigo e reduzir o risco de explosão.O dispositivo de alívio de pressão razoável não apenas atenderá à pressão interna da bateria durante a operação normal, mas também abrirá automaticamente para liberar a pressão quando a pressão interna atingir o limite de perigo.A posição de ajuste do dispositivo de alívio de pressão deve ser projetada considerando as características de deformação do invólucro da bateria devido ao aumento da pressão interna;O design da válvula de segurança pode ser realizado por lascas, arestas, costuras e cortes.

(3) Melhorar o nível do processo

Esforços devem ser feitos para padronizar e padronizar o processo de produção da célula.Nas etapas de mistura, revestimento, cozimento, compactação, corte e enrolamento, formule a padronização (como largura do diafragma, volume de injeção de eletrólito, etc.), melhore os meios de processo (como método de injeção de baixa pressão, método de embalagem centrífuga, etc.) , faça um bom trabalho no controle do processo, garanta a qualidade do processo e reduza as diferenças entre os produtos;Defina etapas de trabalho especiais em etapas-chave que afetam a segurança (como rebarbação da peça do eletrodo, varredura em pó, diferentes métodos de soldagem para diferentes materiais, etc.), implemente monitoramento de qualidade padronizado, elimine peças defeituosas e elimine produtos defeituosos (como deformação de pedaço de eletrodo, perfuração do diafragma, queda de material ativo, vazamento de eletrólito, etc.);Mantenha o local de produção limpo e arrumado, implemente o gerenciamento 5S e o controle de qualidade 6-sigma, evite que impurezas e umidade se misturem na produção e minimize o impacto de acidentes na produção na segurança.

 


Horário da postagem: 16 de novembro de 2022