3. Технология за сигурност
Въпреки че литиево-йонните батерии крият много скрити опасности, при специфични условия на употреба и с определени мерки те могат ефективно да контролират появата на странични реакции и бурни реакции в клетките на батерията, за да гарантират безопасното им използване.Следното е кратко въведение в няколко често използвани технологии за безопасност за литиево-йонни батерии.
（1） Изберете суровини с по-висок фактор на безопасност
Избират се активни материали с положителна и отрицателна полярност, диафрагмени материали и електролити с по-висок коефициент на безопасност.
а) Подбор на позитивен материал
Безопасността на катодните материали се основава главно на следните три аспекта:
1. Термодинамична стабилност на материалите;
2. Химическа стабилност на материалите;
3. Физични свойства на материалите.
б) Избор на материали за диафрагмата
Основната функция на диафрагмата е да разделя положителните и отрицателните електроди на батерията, да предотвратява късо съединение, причинено от контакт между положителните и отрицателните електроди, и да позволява преминаването на йони на електролита, тоест има електронна изолация и йони проводимост.При избора на диафрагма за литиево-йонни батерии трябва да се имат предвид следните точки:
1. Има електронна изолация, за да осигури механичната изолация на положителните и отрицателните електроди;
2. Има определена бленда и порьозност, за да осигури ниско съпротивление и висока йонна проводимост;
3. Материалът на диафрагмата трябва да има достатъчна химическа стабилност и да е устойчив на електролитна корозия;
4. Диафрагмата трябва да има функция за защита от автоматично изключване;
5. Термичното свиване и деформация на диафрагмата трябва да бъдат възможно най-малки;
6. Диафрагмата трябва да има определена дебелина;
7. Диафрагмата трябва да има силна физическа здравина и достатъчно устойчивост на пробиване.
в) Избор на електролит
Електролитът е важна част от литиево-йонната батерия, която играе ролята на предаване и провеждане на ток между положителните и отрицателните електроди на батерията.Електролитът, използван в литиево-йонните батерии, е електролитен разтвор, образуван чрез разтваряне на подходящи литиеви соли в органични апротонни смесени разтворители.Като цяло трябва да отговаря на следните изисквания:
1. Добра химическа стабилност, без химическа реакция с активното вещество на електрода, колекторната течност и диафрагмата;
2. Добра електрохимична стабилност, с широк електрохимичен прозорец;
3. Висока литиево-йонна проводимост и ниска електронна проводимост;
4. Широк диапазон от температура на течността;
5. Той е безопасен, нетоксичен и екологичен.
(2) Укрепете цялостния дизайн за безопасност на клетката
Батерийната клетка е връзката, която комбинира различни материали на батерията и интеграцията на положителен полюс, отрицателен полюс, диафрагма, ухо и опаковъчно фолио.Дизайнът на структурата на клетката не само влияе върху работата на различни материали, но също така има важно влияние върху цялостната електрохимична ефективност и безопасността на батерията.Изборът на материали и дизайнът на основната структура са просто вид връзка между местното и цялото.При проектирането на сърцевината разумният структурен режим трябва да бъде формулиран според характеристиките на материала.
В допълнение, някои допълнителни защитни устройства могат да бъдат разгледани за структурата на литиевата батерия.Общите защитни механизми са както следва:
а) Превключващият елемент е приет.Когато температурата вътре в батерията се повиши, нейната стойност на съпротивление ще се повиши съответно.Когато температурата е твърде висока, захранването автоматично ще бъде спряно;
b) Поставете предпазен клапан (т.е. вентилационния отвор в горната част на батерията).Когато вътрешното налягане на батерията се повиши до определена стойност, предпазният клапан ще се отвори автоматично, за да се гарантира безопасността на батерията.
Ето няколко примера за безопасен дизайн на структурата на електрическото ядро:
1. Съотношение на капацитета на положителния и отрицателния полюс и среза на проектния размер
Изберете подходящо съотношение на капацитета на положителните и отрицателните електроди според характеристиките на материалите на положителните и отрицателните електроди.Съотношението на капацитета на положителния и отрицателния електрод на клетката е важна връзка, свързана с безопасността на литиево-йонните батерии.Ако капацитетът на положителния електрод е твърде голям, металният литий ще се отложи върху повърхността на отрицателния електрод, докато ако капацитетът на отрицателния електрод е твърде голям, капацитетът на батерията ще бъде значително загубен.Обикновено N/P=1,05-1,15 и трябва да се направи подходящ избор според действителния капацитет на батерията и изискванията за безопасност.Големите и малките парчета трябва да бъдат проектирани така, че позицията на негативната паста (активно вещество) да обхваща (надвишава) позицията на позитивната паста.Обикновено ширината трябва да бъде с 1~5 mm по-голяма, а дължината трябва да бъде с 5~10 mm по-голяма.
2. Надбавка за ширина на диафрагмата
Общият принцип на дизайна на ширината на диафрагмата е да се предотврати вътрешно късо съединение, причинено от директен контакт между положителни и отрицателни електроди.Тъй като термичното свиване на диафрагмата причинява деформация на диафрагмата в посока на дължина и ширина по време на зареждане и разреждане на батерията и при термичен удар и други среди, поляризацията на сгънатата област на диафрагмата се увеличава поради увеличаването на разстоянието между положителния и отрицателни електроди;Възможността за микрокъсо съединение в зоната на разтягане на диафрагмата се увеличава поради изтъняването на диафрагмата;Свиването на ръба на диафрагмата може да доведе до директен контакт между положителните и отрицателните електроди и вътрешно късо съединение, което може да причини опасност поради термично изтичане на батерията.Следователно, когато се проектира батерията, нейните характеристики на свиване трябва да се вземат предвид при използването на площта и ширината на диафрагмата.Изолационният филм трябва да е по-голям от анода и катода.В допълнение към грешката на процеса, изолационният филм трябва да бъде поне 0,1 mm по-дълъг от външната страна на електродната част.
3. Изолационна обработка
Вътрешното късо съединение е важен фактор за потенциалната опасност за безопасността на литиево-йонната батерия.Има много потенциално опасни части, които причиняват вътрешно късо съединение в структурния дизайн на клетката.Поради това трябва да се настроят необходимите мерки или изолация на тези ключови позиции, за да се предотврати вътрешно късо съединение в батерията при необичайни условия, като например поддържане на необходимото разстояние между ушите на положителния и отрицателния електрод;Изолационната лента трябва да бъде залепена в позиция без залепване в средата на единствения край и всички открити части трябва да бъдат покрити;Между положителното алуминиево фолио и отрицателното активно вещество се залепва изолационна лента;Заваръчната част на ухото трябва да бъде напълно покрита с изолационна лента;В горната част на електрическото ядро се използва изолационна лента.
4. Настройка на предпазен клапан (устройство за освобождаване на налягането)
Литиево-йонните батерии са опасни, обикновено защото вътрешната температура е твърде висока или налягането е твърде високо, за да предизвика експлозия и пожар;Разумното устройство за освобождаване на налягането може бързо да освободи налягането и топлината вътре в батерията в случай на опасност и да намали риска от експлозия.Устройството за разумно освобождаване на налягането не само трябва да отговаря на вътрешното налягане на батерията по време на нормална работа, но и автоматично да се отваря, за да освободи налягането, когато вътрешното налягане достигне опасната граница.Позицията на настройка на устройството за освобождаване на налягането трябва да бъде проектирана, като се вземат предвид характеристиките на деформация на обвивката на батерията, дължаща се на увеличаване на вътрешното налягане;Дизайнът на предпазния клапан може да бъде реализиран чрез люспи, ръбове, шевове и прорези.
(3) Подобрете нивото на процеса
Трябва да се положат усилия за стандартизиране и стандартизиране на производствения процес на клетката.В стъпките на смесване, покриване, печене, уплътняване, нарязване и навиване, формулирайте стандартизация (като ширина на диафрагмата, обем на инжектиране на електролит и т.н.), подобрете средствата за процеса (като метод на инжектиране при ниско налягане, метод на центробежно опаковане и т.н.) , вършете добра работа в контрола на процесите, гарантирайте качеството на процеса и стеснявайте разликите между продуктите;Задайте специални работни стъпки в ключови стъпки, които влияят на безопасността (като премахване на ръбове на електродната част, почистване на прах, различни методи на заваряване за различни материали и т.н.), прилагайте стандартизиран мониторинг на качеството, елиминирайте дефектните части и елиминирайте дефектните продукти (като деформация на част от електрод, пробиване на диафрагмата, падане на активен материал, изтичане на електролит и др.);Поддържайте производствения обект чист и подреден, прилагайте 5S управление и 6-сигма контрол на качеството, предотвратявайте смесването на примеси и влага в производството и минимизирайте въздействието на аварии в производството върху безопасността.
Време на публикуване: 16 ноември 2022 г