Die Überladungsreaktion der Lithium-Ionen-Batterie verändert die Struktur des Kathodenmaterials und führt zu einer starken Oxidationswirkung des Materials, sodass das Lösungsmittel im Elektrolyten stark oxidiert wird, und dieser Effekt ist irreversibel. Staut sich die durch die Reaktion entstehende Wärme, besteht die Gefahr eines thermischen Durchgehens.
II. Ursachenanalyse von Sicherheitsproblemen von Lithium-Ionen-Batterieprodukten.
Nach 30 Jahren industrieller Entwicklung hat die Sicherheitstechnologie von Lithium-Ionen-Batterien große Fortschritte gemacht, die das Auftreten von Nebenreaktionen in der Batterie wirksam kontrolliert und die Sicherheit der Batterie gewährleistet. Durch den immer umfangreicheren Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien und höherer Energiedichte kam es in den letzten Jahren jedoch immer wieder zu Zwischenfällen wie Explosionsverletzungen oder Produktrückrufen aufgrund von Sicherheitsrisiken. Wir fassen die Hauptgründe für die Sicherheitsprobleme von Lithium-Ionen-Batterieprodukten wie folgt zusammen:
(1) das Problem des Zellmaterials.
Zu den in der Batterie verwendeten Materialien gehören: positives Aktivmaterial, negatives Aktivmaterial, Membran, Elektrolyt und Hülle usw. Die Sicherheitsleistung der Zelle wird durch die Auswahl der Materialien und die Abstimmung des Systems bestimmt. Bei der Auswahl der positiven und negativen Aktivmaterialien sowie der Membranmaterialien haben die Hersteller die Eigenschaften und die Abstimmung der Rohstoffe nicht bewertet, was zu angeborenen Mängeln bei der Sicherheit des Kerns führte.
(2) Probleme im Produktionsprozess.
Eine laxe Kontrolle der Zellrohstoffe und eine schlechte Produktionsumgebung führen zur Vermischung von Verunreinigungen in der Produktion, was sich nicht nur nachteilig auf die Kapazität der Batterie auswirkt, sondern auch große Auswirkungen auf die Sicherheit der Batterie hat; Wenn dem Elektrolyten zu viel Wasser beigemischt wird, kann es außerdem zu einer Nebenreaktion kommen, die den Innendruck der Batterie erhöht, was die Sicherheit beeinträchtigt. Aufgrund der Einschränkung des Produktionsprozesses können die Produkte im Produktionsprozess der Elektrode keine gute Konsistenz erreichen. Beispielsweise können eine schlechte Glätte der Elektrodenmatrix, ein Ablösen des Elektrodenaktivmaterials, das Einmischen anderer Verunreinigungen in das Aktivmaterial, eine instabile Schweißtemperatur, Grate am Rand der Elektrode und die fehlende Verwendung von Isolierband an wichtigen Stellen die Funktion negativ beeinflussen Sicherheit des Kerns.
(3) Durch Konstruktionsfehler der Batterie wird die Sicherheitsleistung verringert.
Bei der Konstruktionskonstruktion haben die Hersteller viele wichtige Punkte, die sich auf die Sicherheit auswirken, nicht beachtet, z. B. kein Isolierband in wichtigen Teilen, kein oder unzureichender Spielraum bei der Membrankonstruktion, unangemessene Gestaltung des Kapazitätsverhältnisses der positiven und negativen Elektrode, unangemessene Gestaltung der Positivelektrode B. ein negatives Flächenverhältnis des aktiven Materials, eine unangemessene Gestaltung der Polohrlänge usw., all dies kann versteckte Gefahren für die Sicherheit der Batterie bergen. Darüber hinaus versuchen einige Batteriehersteller im Prozess der Zellproduktion, Rohstoffe einzusparen und zu komprimieren, um Kosten zu sparen und die Leistung zu verbessern, z. B. indem sie die Membranfläche verringern, Kupfer- und Aluminiumfolien dünner machen und auf Druckentlastungsventile und Isolierbänder verzichten usw. All dies verringert die Sicherheit der Batterie.
(4)Die Energiedichte ist zu hoch.
Derzeit strebt der Markt nach Batterieprodukten mit höherer Kapazität. Um die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte zu steigern, verbessern die Hersteller weiterhin die volumenspezifische Energie von Lithium-Ionen-Batterien, was das Risiko von Batterien erheblich erhöht.
III. Sicherheitstechnik.
Obwohl Lithium-Ionen-Batterien unter bestimmten Einsatzbedingungen viele versteckte Gefahren bergen, kann die Annahme bestimmter Maßnahmen das Auftreten von Nebenreaktionen und schweren Reaktionen in der Zelle wirksam kontrollieren und ihre sichere Verwendung gewährleisten. Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in mehrere häufig verwendete Sicherheitstechnologien für Lithium-Ionen-Batterien.
1> Wählen Sie Rohstoffe mit höherem Sicherheitsfaktor.
Wählen Sie positive und negative Aktivmaterialien, Membranmaterialien und Elektrolyte mit höherem Sicherheitsfaktor.
A) Auswahl der Kathodenmaterialien.
Die Sicherheit von Kathodenmaterialien basiert hauptsächlich auf den folgenden drei Aspekten:
(1) Thermodynamische Stabilität von Materialien.
(2) chemische Stabilität von Materialien.
(3) physikalische Eigenschaften des Materials.
B) Auswahl der Membranmaterialien.
Die Hauptfunktion der Membran besteht darin, die positiven und negativen Elektroden der Batterie zu trennen, zu verhindern, dass sich die positiven und negativen Elektroden berühren und kurzschließen, und die Fähigkeit zu haben, Elektrolytionen durchzulassen, d. h. elektronische Isolierung und Ionenleitfähigkeit . Bei der Auswahl von Membranen für Lithium-Ionen-Batterien sollten folgende Punkte beachtet werden:
(1) verfügt über eine elektronische Isolierung, um die mechanische Isolierung von positiven und negativen Elektroden sicherzustellen.
(2) hat einen bestimmten Porendurchmesser und eine bestimmte Porosität, um einen geringen Widerstand und eine hohe Ionenleitfähigkeit zu gewährleisten.
(3)Das Membranmaterial weist eine ausreichende chemische Stabilität auf und muss gegen Elektrolytkorrosion beständig sein.
(4) Die Membran sollte die Funktion eines automatischen Abschaltschutzes haben.
(5) Die thermische Schrumpfung und Verformung der Membran sollte so gering wie möglich sein.
(6) Die Membran sollte eine bestimmte Dicke haben.
(7) Das Zwerchfell sollte über eine starke körperliche Stärke und eine ausreichend starke Durchstoßfestigkeit verfügen.
C) Auswahl der Elektrolyte.
Elektrolyt ist ein wichtiger Bestandteil der Lithium-Ionen-Batterie, der Strom zwischen den positiven und negativen Elektroden der Lithium-Ionen-Batterie überträgt und leitet. Der in Lithium-Ionen-Batterien verwendete Elektrolyt ist eine Elektrolytlösung, die durch Auflösen eines geeigneten Lithiumsalzes in einem organischen Nicht-Protonen-Lösungsmittel entsteht. Normalerweise sollte es die folgenden Anforderungen erfüllen:
(1) gute chemische Stabilität, keine chemische Reaktion mit aktivem Elektrodenmaterial, Stromkollektor und Diaphragma.
(2) gute elektrochemische Stabilität und breites elektrochemisches Fenster.
(3) Hohe Lithiumionenleitfähigkeit und niedrige elektronische Leitfähigkeit.
(4) Großer Flüssigkeitstemperaturbereich.
(5) sicher, ungiftig und umweltfreundlich.
Stärken Sie das allgemeine Sicherheitsdesign der Zelle.
Die Batterie ist das Bindeglied, das alle Arten von Materialien der Batterie vereint, und sie ist die Integration von positiver Elektrode, negativer Elektrode, Membran, Elektrodenohr und Verpackungsfolie usw. Das Strukturdesign der Batterie beeinflusst nicht nur die Leistung verschiedener Materialien, sondern hat auch einen wichtigen Einfluss auf die gesamte elektrochemische Leistung und Sicherheitsleistung der Batterie. Die Auswahl der Materialien und die Gestaltung der Zellstruktur ist eine Art Beziehung zwischen dem Teil und dem Ganzen. Beim Design der Batterie sollte ein angemessener Strukturmodus entsprechend den Materialeigenschaften festgelegt werden.
Darüber hinaus können bei der Struktur der Lithiumbatterie einige zusätzliche Schutzvorrichtungen berücksichtigt werden. Die gängigen Schutzmechanismuskonstruktionen sind wie folgt: 1. Das Schaltelement wird verwendet, und sein Widerstand erhöht sich, wenn die Temperatur in der Batterie steigt, und wenn die Temperatur zu hoch ist, stoppt es automatisch die Stromversorgung. (2) Richten Sie das Sicherheitsventil ein (d. h. die Entlüftung oben an der Batterie). Wenn der Innendruck der Batterie auf einen bestimmten Wert ansteigt, öffnet sich das Sicherheitsventil automatisch, um die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten.
Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für das Sicherheitsdesign der Kernstruktur:
A) Kapazitätsverhältnis von positiven und negativen Elektroden und Designgröße.
Das geeignete Verhältnis der positiven und negativen Elektrodenkapazität wird entsprechend den Eigenschaften der positiven und negativen Elektrodenmaterialien ausgewählt. Das Verhältnis der positiven und negativen Elektrodenkapazität ist ein wichtiger Zusammenhang mit der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien. Wenn die positive Kapazität zu groß ist, lagert sich das metallische Lithium auf der Oberfläche der negativen Elektrode ab. Die Kapazität der Batterie mit einer zu großen negativen Elektrode wird einen großen Verlust haben. Im Allgemeinen gilt N/P = 1,05 bis 1,15. Treffen Sie entsprechende Entscheidungen entsprechend der tatsächlichen Batteriekapazität und den Sicherheitsanforderungen. Die Größe des Films ist so ausgelegt, dass die Position der Negativpaste (aktives Material) größer ist als die der Positivpaste, die Breite sollte 1 mm größer und die Länge 5 mm größer sein.
B) Es gibt einen Spielraum in der Breite der Membran.
Das allgemeine Prinzip der Gestaltung der Breite der Membran besteht darin, den internen Kurzschluss zu verhindern, der durch den direkten Kontakt der positiven und negativen Elektroden verursacht wird. Die thermische Schrumpfung der Membran führt während des Ladens und Entladens der Batterie und in der Umgebung eines Thermoschocks zu einer Verformung der Membran in Längs- und Breitenrichtung. Der Bereich der Membranfalte erhöht die Polarisation aufgrund der Vergrößerung des Abstands zwischen den positiven und negativen Elektroden, und der Bereich der Membranspannung erhöht die Möglichkeit eines Mikrokurzschlusses aufgrund der Verdünnung der Membran. Die Kontraktion des Randbereichs der Membran kann durch den direkten Kontakt zwischen positiven und negativen Elektroden zu einem internen Kurzschluss führen, der die Batterie durch thermisches Durchgehen gefährlich machen kann. Daher müssen bei der Konstruktion der Batterie die Schrumpfungseigenschaften der Membran bei der Nutzung der Fläche und Breite der Membran berücksichtigt werden, und der Separator ist größer als Anode und Kathode. Berücksichtigt man, dass zusätzlich zum Prozessfehler die Isolationsfolie mindestens 0,1 mm länger sein muss als die Außenseite der Elektrode.
C) Isolationsbehandlung.
Ein interner Kurzschluss ist ein wichtiger Faktor für die verborgene Sicherheitsgefahr von Lithium-Ionen-Batterien. Es gibt viele potenziell gefährliche Stellen, die einen internen Kurzschluss in der Konstruktion von Lithium-Ionen-Batterien verursachen können. Daher sollten an diesen wichtigen Stellen die erforderlichen Maßnahmen oder Isolierungen getroffen werden. um das Auftreten eines Kurzschlusses in der Batterie unter ungewöhnlichen Umständen zu verhindern, z. B. durch Einhaltung des erforderlichen Abstands zwischen positiven und negativen Ohren. Isolierband sollte an der mittleren, nicht klebenden Stelle der Endseite angebracht werden und alle freiliegenden Teile sollten umwickelt werden; Zwischen der positiven Aluminiumfolie und dem negativen aktiven Material sollte Isolierband eingeklebt werden. Der Schweißteil des Elektrodenohrs sollte vollständig mit Isolierband abgedeckt sein. Die Oberseite des Kerns sollte mit Isolierband usw. abgedeckt werden.
D) Sicherheitsventil (Überdruckvorrichtung) einrichten.
Die Gefahr von Lithium-Ionen-Batterien besteht häufig in Explosionen und Bränden, die durch übermäßige Innentemperatur oder Druck verursacht werden. Durch die Einrichtung einer angemessenen Druckentlastungseinrichtung können der Druck und die Hitze im Inneren der Batterie im Gefahrenfall schnell abgelassen und das Explosionsrisiko verringert werden. Eine angemessene Druckentlastungsvorrichtung ist nicht nur erforderlich, um den Innendruck der Batterie bei normalem Betrieb zu erfüllen, sondern auch, um den Druck automatisch zu öffnen und abzulassen, wenn der Innendruck den gefährlichen Grenzwert erreicht. Die Einstellposition der Druckentlastungsvorrichtung muss die Verformungseigenschaften des Batteriegehäuses aufgrund des Anstiegs des Innendrucks berücksichtigen. Das Design des Sicherheitsventils kann durch dünne Bleche, Kanten, Nähte und Kratzer realisiert werden.
(3) Verbesserung des Technologieniveaus.
Bemühen Sie sich, bei der Standardisierung und Standardisierung des Batterieproduktionsprozesses gute Arbeit zu leisten. Standardisieren Sie in den Schritten Mischen, Beschichten, Backen, Verdichten, Schneiden und Wickeln (z. B. Membranbreite, Elektrolyteinspritzung usw.) und verbessern Sie die Prozessmittel (z. B. Niederdruck-Flüssigkeitseinspritzverfahren, Zentrifugalschalenverfahren usw.). leisten Sie gute Arbeit bei der Prozesskontrolle, stellen Sie die Prozessqualität sicher und reduzieren Sie die Unterschiede zwischen Produkten. Richten Sie in den wichtigsten Schritten, die sich auf die Sicherheit auswirken, spezielle Schritte ein (z. B. Depolarisierung von Graten, Kehren von Pulver, Verwendung unterschiedlicher Schweißmethoden für unterschiedliche Materialien usw.), führen Sie eine standardisierte Qualitätskontrolle durch, beseitigen Sie fehlerhafte Teile, beseitigen Sie fehlerhafte Produkte (z. B. Elektrodenverformung, Zwerchfelldurchstoß, Verlust von aktivem Material und Austreten von Elektrolyt usw.).
jüngste Beiträge
scannen zu wechat:everexceed
