Ymmärrä litiumakkujen turvallisuustekniikkaa kolmesta näkökulmasta: materiaali, suunnittelu ja prosessi
Litiumioniakkujen aiheuttamat vaarat
Litiumioniakut ovat mahdollisesti vaarallinen kemiallinen virtalähde kemiallisten ominaisuuksiensa ja järjestelmän koostumuksensa vuoksi.
(1). Korkea kemiallinen aktiivisuus
Litium on pääryhmän I alkuaine alkuaineiden jaksollisen järjestelmän toisessa jaksossa ja sillä on erittäin aktiivisia kemiallisia ominaisuuksia.
(2). Korkea energiatiheys
Litiumioniakuilla on erittäin korkea ominaisenergia (suurempi tai yhtä suuri kuin 140 Wh/kg), useita kertoja enemmän kuin toissijaisilla akuilla, kuten nikkeli-kadmium ja nikkeli-vety. Lämpöreaktio vapauttaa lämpöä ja voi johtaa vaaralliseen toimintaan.
(3). Orgaanisen elektrolyyttijärjestelmän käyttö
Orgaanisen elektrolyyttijärjestelmän orgaaninen liuotin on hiilivety, jolla on alhainen hajoamisjännite ja joka on alttiina hapettumiselle. Liuotin on myös syttyvää; akku syttyy tuleen, palaa tai räjähtää, jos se vuotaa.
(4). Suuri sivureaktioiden todennäköisyys
Litiumioniakkujen normaalikäytössä tapahtuu sisäisesti positiivisia kemiallisia reaktioita, joissa sähköinen ja kemiallinen energia muuttuvat toisikseen. Tietyissä olosuhteissa, kuten ylilatauksessa, ylipurkautumisessa tai ylivirtakäytössä, on kuitenkin helppo aiheuttaa kemiallisia sivureaktioita akun sisällä. Kun tämä sivureaktio voimistuu, se vaikuttaa vakavasti akun suorituskykyyn ja käyttöikään. Saattaa syntyä suuri määrä kaasua, jolloin paine akun sisällä kasvaa nopeasti ja räjähtää ja syttyy tuleen aiheuttaen turvallisuusongelmia.
(5). Elektrodimateriaalin rakenne on epävakaa
Litiumioniakkujen ylilatausreaktio muuttaa katodimateriaalin rakennetta, jolloin materiaalilla on voimakas hapetusvaikutus ja elektrolyytissä oleva liuotin hapettuu voimakkaasti. Tämä vaikutus on peruuttamaton, ja jos reaktion aiheuttama lämpö kerääntyy, on olemassa lämmön karkaamisen vaara.
Litiumioniakkutuotteiden turvallisuusongelmien syiden analyysi
30 vuotta kestäneen litiumioniakkutuotteiden teollisen kehityksen jälkeen turvallisuustekniikka on edistynyt suuresti, sillä se valvoo tehokkaasti sivureaktioiden esiintymistä akussa ja varmistaa akun turvallisuuden. Kuitenkin, kun litiumioniakkuja käytetään yhä laajemmin ja niiden energiatiheys kasvaa koko ajan, on viime vuosina sattunut usein tapauksia, kuten räjähdyksiä ja loukkaantumisia tai turvallisuusriskeistä johtuvia tuotteiden takaisinvetoa. Teemme yhteenvedon tärkeimmistä syistä, jotka aiheuttavat turvallisuusongelmia litiumioniakkutuotteissa seuraavasti:
1. Akun ydinmateriaaliongelmat
Akun ytimessä käytettyjä materiaaleja ovat positiivinen aktiivinen materiaali, negatiivinen aktiivinen materiaali, erotin, elektrolyytti ja kuori jne. Materiaalien valinta ja kokoonpanon yhteensopivuus määräävät akun ytimen turvallisuuden. Positiivisia ja negatiivisia aktiivisia materiaaleja ja erotinmateriaaleja valitessaan valmistaja ei tehnyt tiettyä raaka-aineiden ominaisuuksien ja yhteensopivuuden arviointia, mikä johti akkukennojen turvallisuuteen luontaisesti.
2. Tuotantoprosessiin liittyvät ongelmat
Akkukennojen raaka-aineita ei testata tarkasti. Tuotantoympäristö on huono, mikä johtaa epäpuhtauksien sekoittumiseen tuotannossa, millä on paitsi suuri haitta akun kapasiteetille, myös suuri vaikutus akun turvallisuuteen; lisäksi, jos elektrolyyttiin sekoitetaan liikaa, kosteus voi aiheuttaa sivureaktioita, jotka lisäävät akun sisäistä painetta, mikä vaikuttaa turvallisuuteen; tuotantoprosessin rajoituksista johtuen tuote ei voi saavuttaa hyvää konsistenssia akkukennojen tuotantoprosessin aikana, kuten elektrodin pohjan huono tasaisuus, ongelmat, kuten elektrodin aktiivisten materiaalien putoaminen, muiden epäpuhtauksien sekoittuminen aktiivisiin materiaaleihin , heikko kielekkeen hitsaus, epävakaa hitsauslämpötila, purseet napakappaleiden reunoissa ja eristenauhan käyttämättä jättäminen avainosissa voivat kaikki vaikuttaa akun ytimen turvallisuuteen. negatiivinen vaikutus.
3. Akun ytimen suunnitteluvirheitä ja heikentynyt turvallisuustehokkuus
Rakennesuunnittelun kannalta valmistajat eivät ota vakavasti monia turvallisuuteen vaikuttavia avainkohtia, kuten eristenauhan puuttuminen tärkeimmistä osista, erottimen suunnittelu, joka ei jätä marginaalia tai riittämätön marginaali, positiivinen ja negatiivinen elektrodikapasiteetti suhdesuunnittelu on kohtuuton ja positiivisen ja negatiivisen elektrodin aktiivisuus Materiaalipinta-alasuhteen suunnittelu on kohtuuton, kielekkeen pituus on kohtuuton jne., mikä voi aiheuttaa piilotettuja vaaroja akun turvallisuudelle. Lisäksi akkukennojen tuotantoprosessissa kustannusten säästämiseksi ja suorituskyvyn parantamiseksi jotkut akkuvalmistajat yrittävät säästää ja puristaa raaka-aineita, kuten pienentämällä kalvon pinta-alaa, ohentamalla kuparikalvoa ja alumiinifoliota, eivätkä käytä paineenalennusventtiilejä. ja eristenauhat jne., ne heikentävät akun turvallisuutta.
4. Energiatiheys on liian korkea
Markkinat tavoittelevat suuremman kapasiteetin akkutuotteita. Tuotteiden kilpailukyvyn lisäämiseksi valmistajat jatkavat litiumioniakkujen volyymikohtaisen energian lisäämistä, mikä lisää huomattavasti akkujen riskiä.
Turvatekniikka
Vaikka litiumioniakuissa on monia piilotettuja vaaroja, tietyissä käyttöolosuhteissa ja tietyillä toimenpiteillä sivureaktioiden ja rajujen reaktioiden esiintymistä kennoissa voidaan tehokkaasti hallita niiden turvallisuuden varmistamiseksi. Seuraavassa esitellään lyhyesti useita yleisesti käytettyjä turvallisuustekniikoita litiumioniakuille.
Valitse raaka-aineet, joilla on korkeampi turvallisuuskerroin
Valitse positiiviset ja negatiiviset aktiiviset materiaalit, erotusmateriaalit ja elektrolyytit, joilla on korkeammat turvallisuustekijät.
a) Katodimateriaalien valinta
Katodimateriaalien turvallisuus perustuu pääasiassa seuraaviin kolmeen näkökohtaan:
1. Materiaalin termodynaaminen stabiilisuus;
2. Materiaalien kemiallinen stabiilisuus;
3. Materiaalien fysikaaliset ominaisuudet.
b) Kalvomateriaalien valinta
Erottimen päätehtävä on erottaa akun positiiviset ja negatiiviset elektrodit, jotta positiiviset ja negatiiviset elektrodit eivät pääse kosketuksiin ja aiheuttavat oikosulun. Samalla sillä on kyky päästää elektrolyytti-ioneja läpi, eli sillä on elektroninen eristys ja ioninjohtavuus. Seuraavat seikat tulee ottaa huomioon valittaessa erottimia litiumioniakuille:
1. Siinä on elektroninen eristys ja se varmistaa positiivisten ja negatiivisten elektrodien mekaanisen eristyksen;
2. Sillä on tietty huokoskoko ja huokoisuus alhaisen vastuksen ja korkean ioninjohtavuuden varmistamiseksi;
3. Kalvomateriaalilla on riittävä kemiallinen stabiilisuus ja sen on kestettävä elektrolyyttikorroosiota;
4. Kalvossa on oltava automaattinen sammutussuojaustoiminto;
5. Kalvon lämpökutistumisen ja muodonmuutosten tulee olla mahdollisimman pieniä;
6 Kalvon paksuuden on oltava tietty;
7 Kalvolla on oltava vahva fyysinen voima ja riittävä pistonkestävyys.
c) Elektrolyytin valinta
Elektrolyytti on tärkeä komponentti litiumioniakuissa ja sillä on rooli virran kuljettamisessa ja johtamisessa akun positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä. Litiumioniakuissa käytetty elektrolyytti on elektrolyyttiliuos, joka on muodostettu liuottamalla sopiva litiumsuola orgaaniseen aproottiseen liuottimeen. Sen tulee yleensä täyttää seuraavat vaatimukset:
1. Hyvä kemiallinen stabiilisuus, ei kemiallista reaktiota elektrodiaktiivisten materiaalien, virrankeräinten ja erottimien kanssa;
2. Hyvä sähkökemiallinen vakaus ja laaja sähkökemiallinen ikkuna;
3 Litiumioneilla on korkea johtavuus ja alhainen elektroninen johtavuus;
4. Laaja nesteen lämpötila-alue;
5. Turvallinen, myrkytön ja ympäristöystävällinen.
Vahvista akkukennojen yleistä turvallisuussuunnittelua
Akun ydin on linkki, joka yhdistää akun eri materiaalit. Se yhdistää positiivisen elektrodin, negatiivisen elektrodin, erottimen, kielekkeen ja pakkauskalvon. Akun ytimen rakenne ei vaikuta pelkästään eri materiaalien suorituskykyyn vaan myös akun yleiseen suorituskykyyn. Sähkökemiallisella suorituskyvyllä ja turvallisuussuorituskyvyllä on tärkeä vaikutus. Materiaalivalinnat ja akkuytimen rakennesuunnittelu ovat osittain ja kokonaisvaltaisessa suhteessa. Materiaalin ominaisuudet tulisi yhdistää akun ytimen suunnittelussa järkevän rakennemallin muodostamiseksi.
Lisäksi litiumakkurakenteessa voidaan harkita myös muita suojalaitteita. Yleisiä suojamekanismeja ovat seuraavat:
1. Kytkinelementtejä käyttämällä akun sisällä lämpötilan noustessa sen vastus kasvaa vastaavasti. Kun lämpötila on liian korkea, virransyöttö katkeaa automaattisesti;
2. Asenna varoventtiili (akun päällä oleva tuuletusaukko). Kun akun sisäinen paine nousee tiettyyn arvoon, varoventtiili avautuu automaattisesti sen turvallisuuden varmistamiseksi.
Seuraavassa on joitain esimerkkejä akkukennorakenteiden turvallisuussuunnittelusta:
a) Positiivisten ja negatiivisten elektrodien kapasiteettisuhde ja sirun suunnittelukoko
Valitse sopiva positiivisen ja negatiivisen elektrodin kapasiteettisuhde positiivisten ja negatiivisten elektrodien materiaalien ominaisuuksien perusteella. Akun ytimen positiivisen ja negatiivisen elektrodikapasiteetin suhde on tärkeä linkki litiumioniakun turvallisuuteen liittyen. Jos positiivisen elektrodin kapasiteetti on liian suuri, metallista litiumia ilmestyy negatiivisen elektrodin pinnalle. kerrostumista, ja jos negatiivinen elektrodi on liian suuri, akun kapasiteetti kärsii enemmän. Yleisesti ottaen N/P=1.05~1.15 ja sopivat valinnat tehdään todellisen akun kapasiteetin ja turvallisuusvaatimusten perusteella. Suunnittele kappaleen koko siten, että negatiivisen elektrodipastan (aktiivisen materiaalin) sijainti peittää (on suurempi kuin) positiivisen elektrodipastan sijainnin. Yleensä leveyden tulee olla 1-5 mm suurempi ja pituuden 5-10 mm suurempi.
b) Kalvon leveysvaraus
Erottimen leveyden suunnittelun yleisperiaate on estää sisäiset oikosulut, jotka aiheutuvat suorasta kosketuksesta positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä. Erottimen lämpökutistuminen akun latauksen ja purkamisen aikana sekä lämpöshokin ja muissa ympäristöissä, erottimen muoto muuttuu pituus- ja leveyssuunnassa ja erotin muuttuu. Ryppyinen alue lisää polarisaatiota lisääntyneen positiivisten ja negatiivisten elektrodien välinen etäisyys; erottimen venytetty alue lisää mikrooikosulun mahdollisuutta erottimen ohenemisesta johtuen; erottimen reuna-alueen kutistuminen voi aiheuttaa positiivisen ja negatiivisen elektrodin suoran kosketuksen Sisäinen oikosulku syntyy kosketuksesta, mikä aiheuttaa akun vaaran lämmön karkaamisen vuoksi. Siksi akkua suunniteltaessa tulee ottaa huomioon erottimen kutistumisominaisuudet käytettäessä pinta-alaa ja leveyttä. Erotin on suurempi kuin anodi ja katodi. Prosessivirheet huomioon ottaen eristyskalvon on oltava vähintään 0,1 mm pidempi kuin napakappaleen ulkoreuna.
c) Eristyskäsittely
Sisäinen oikosulku on tärkeä tekijä litiumioniakkujen turvallisuusvaarassa. Akkukennon rakennesuunnittelussa monet mahdollisesti vaaralliset osat voivat aiheuttaa sisäisiä oikosulkuja. Siksi näihin tärkeisiin paikkoihin tulee asentaa tarvittavat toimenpiteet tai eristys sisäisten oikosulkujen estämiseksi epänormaaleissa olosuhteissa. Jos esimerkiksi akussa tapahtuu oikosulku, pidä tarvittava etäisyys positiivisen ja negatiivisen elektrodin korvan välillä; levitä eristysteippi viimeistelylle yhdelle puolelle ilman tahnaa keskellä ja peitä kaikki paljaat osat; levitä eristeteippiä positiivisen alumiinifolion ja negatiivisen aktiivisen materiaalin väliin; sovellus Eristenauha peittää kaikki kielekkeiden hitsausosat; akun ytimen päällä käytetään eristeteippiä.
d) Asenna varoventtiili (paineenrajoituslaite)
Litiumioniakut ovat usein vaarassa, koska sisäinen lämpötila tai paine on liian korkea, mikä aiheuttaa räjähdyksiä tai tulipaloja; kohtuullisen paineenalennuslaitteen asentaminen voi vapauttaa nopeasti akun sisällä olevan paineen ja lämmön vaaran sattuessa, mikä vähentää räjähdysvaaraa. Kohtuullinen paineenalennuslaite vaaditaan täyttämään akun sisäisen paineen normaalin käytön aikana ja avautumaan automaattisesti vapauttamaan painetta, kun sisäinen paine saavuttaa vaarallisen rajan. Paineenalennuslaitteen asentoa säädettäessä on otettava huomioon akkukuoren sisäisen paineen nousun vaikutus. Varoventtiilit, jotka on suunniteltu muodonmuutosominaisuuksien perusteella, voidaan suunnitella lamellien, reunojen, saumojen ja lovien kautta.
Paranna teknologian tasoa
Akkukennojen tuotantoprosessia tulisi standardoida. Sekoitus-, päällystys-, paistamis-, tiivistys-, halkaisu- ja kelausvaiheissa standardoi (kuten kalvon leveys, elektrolyytin ruiskutustilavuus jne.) ja paranna prosessimenetelmiä (kuten matalapaineruiskutusmenetelmä, keskipakokuormitus jne.) Shell-menetelmä jne.), tehdä hyvää työtä prosessin ohjauksessa, varmistaa prosessin laatu ja kaventaa tuotteiden välisiä eroja; asettaa erityisiä prosessivaiheita turvallisuuteen vaikuttavissa avainvaiheissa (kuten elektrodilevyn purseenpoisto, lakaisujauhe ja erilaisten materiaalien hitsausmenetelmien käyttö) menetelmiä jne.), toteuttaa standardoitua laadunvalvontaa, poistaa vialliset osat ja sulkea pois vialliset tuotteet (kuten napakappaleen muodonmuutos, kalvon puhkeaminen, aktiivisen materiaalin putoaminen, elektrolyyttivuoto jne.); Pidä tuotantopaikka siistinä ja puhtaana ja ota käyttöön 5S-hallinta ja 6 -sigma-laadunvalvonta, jotta estetään epäpuhtauksien ja kosteuden sekoittuminen tuotannon aikana ja minimoidaan onnettomuuksien vaikutukset turvallisuuteen tuotannon aikana.
