Mõistke liitiumaku ohutustehnoloogiat kolmest aspektist: materjal, disain ja protsess
Liitiumioonakude ohud
Liitium-ioonakud on oma keemiliste omaduste ja süsteemi koostise tõttu potentsiaalselt ohtlik keemiline toiteallikas.
(1). Kõrge keemiline aktiivsus
Liitium on elementide perioodilisuse tabeli teises perioodis I rühma põhielement ja sellel on äärmiselt aktiivsed keemilised omadused.
(2). Kõrge energiatihedus
Liitiumioonakudel on äärmiselt kõrge erienergia (suurem kui 140 Wh/kg või sellega võrdne), mitu korda suurem kui sekundaarakudel, nagu nikkel-kaadmium ja nikkel-vesinik. Termiline põgenemisreaktsioon vabastab soojust ja võib põhjustada ohtlikku käitumist.
(3). Orgaanilise elektrolüütide süsteemi kasutamine
Orgaanilise elektrolüütide süsteemi orgaaniline lahusti on süsivesinik, millel on madal lagunemispinge ja mis on oksüdatsioonile kalduv. Lahusti on samuti tuleohtlik; aku süttib, põleb või plahvatab lekke korral.
(4). Kõrvalreaktsioonide suur tõenäosus
Liitium-ioonakude tavapärasel kasutamisel toimuvad sisemiselt keemilised positiivsed reaktsioonid, mille käigus elektri- ja keemiline energia muutuvad üksteiseks. Teatud tingimustes, nagu ülelaadimine, tühjenemine või ülevooluga töötamine, on aga lihtne tekitada aku sees keemilisi kõrvalreaktsioone. Kui see kõrvalreaktsioon intensiivistub, mõjutab see tõsiselt aku jõudlust ja kasutusiga. Võib tekkida suur kogus gaasi, mille tulemusel rõhk akus kiiresti suureneb ning seejärel plahvatab ja süttib, põhjustades ohutusprobleeme.
(5). Elektroodi materjali struktuur on ebastabiilne
Liitiumioonakude ülelaadimisreaktsioon muudab katoodi materjali struktuuri, põhjustades materjalil tugevat oksüdatsiooniefekti ja põhjustades elektrolüüdis sisalduva lahusti tugeva oksüdatsiooni. see mõju on pöördumatu ja kui reaktsioonist põhjustatud soojus kuhjub, tekib termilise põgenemise oht.
Liitium-ioonakutoodete ohutusprobleemide põhjuste analüüs
Pärast 30 aastat kestnud liitium-ioonakutoodete tööstuslikku arendamist on ohutustehnoloogia teinud suuri edusamme, kontrollides tõhusalt aku kõrvalreaktsioonide esinemist ja tagades aku ohutuse. Kuna aga liitium-ioonakusid kasutatakse üha laiemalt ja nende energiatihedus muutub üha suuremaks, on viimastel aastatel sageli juhtunud selliseid intsidente nagu plahvatused ja vigastused või toote tagasikutsumine ohutusriskide tõttu. Alljärgnevalt võtame kokku peamised põhjused, mis põhjustavad liitium-ioonaku toodete ohutusprobleeme.
1. Aku südamiku materjaliga seotud probleemid
Aku südamikus kasutatavad materjalid hõlmavad positiivset aktiivmaterjali, negatiivset aktiivmaterjali, separaatorit, elektrolüüti ja kesta jne. Materjalide valik ja koostatud süsteemi sobitamine määravad aku südamiku ohutusnäitajad. Positiivsete ja negatiivsete aktiivmaterjalide ja separaatorimaterjalide valikul ei viinud tootja läbi teatud toorainete omaduste ja sobivuse hindamist, mistõttu tekkisid akuelementide ohutuses omased puudujäägid.
2. Tootmisprotsessi probleemid
Akuelementide tooraineid ei testita rangelt. Tootmiskeskkond on kehv, mis toob kaasa lisandite segunemise tootmises, mis mitte ainult ei oma suurt puudust aku mahutavuse osas, vaid avaldab ka suurt mõju aku ohutusele; lisaks, kui elektrolüüdi segatakse liiga palju niiskust, võib aku siserõhku suurendada kõrvalreaktsioone, mis mõjutavad ohutust; tootmisprotsessi taseme piirangute tõttu ei saa toode akuelementide tootmisprotsessis saavutada head konsistentsi, näiteks elektroodi aluse halb tasasus, probleemid, nagu elektroodi aktiivmaterjalide mahakukkumine, muude lisandite segunemine aktiivmaterjalides , nõrk klapi keevitamine, ebastabiilne keevitustemperatuur, mastiosade servad ja isoleerteibi mittekasutamine võtmeosadel võivad kõik mõjutada aku südamiku ohutust. negatiivne mõju.
3. Aku südamiku konstruktsiooni defektid ja vähenenud ohutus
Konstruktsioonikonstruktsiooni osas ei võta tootjad tõsiselt paljusid ohutust mõjutavaid põhipunkte, nagu isoleerlindi puudumine võtmeosades, eraldaja disain, mis ei jäta varu või on ebapiisav, elektroodide positiivne ja negatiivne läbilaskevõime. suhte disain on ebamõistlik ning positiivse ja negatiivse elektroodi aktiivsus Materjali pindala suhte disain on ebamõistlik, saki pikkuse kujundus on ebamõistlik jne, mis võib kujutada endast varjatud ohtusid aku ohutusele. Lisaks püüavad mõned akutootjad akuelementide tootmisprotsessis kulude kokkuhoiu ja jõudluse parandamiseks säästa ja kokku suruda toorainet, näiteks vähendada membraani pindala, õhendada vaskfooliumi ja alumiiniumfooliumit ning mitte kasutada rõhualandusklappe. ja isoleerteipe jne, need vähendavad aku ohutust.
4. Energiatihedus on liiga kõrge
Turg otsib suurema võimsusega akutooteid. Toodete konkurentsivõime tõstmiseks jätkavad tootjad liitium-ioonakude mahupõhise energia suurendamist, mis suurendab oluliselt akude riski.
Turvatehnoloogia
Kuigi liitiumioonakudel on palju varjatud ohte, saab konkreetsetes kasutustingimustes ja teatud meetmete kasutuselevõtuga rakkudes kõrval- ja ägedaid reaktsioone nende ohutuse tagamiseks tõhusalt kontrollida. Järgnevalt tutvustatakse lühidalt mitmeid liitium-ioonakude jaoks sagedamini kasutatavaid ohutustehnoloogiaid.
Valige kõrgema ohutusteguriga toorained
Valige positiivsed ja negatiivsed aktiivsed materjalid, separaatorimaterjalid ja elektrolüüdid, millel on kõrgemad ohutustegurid.
a) Katoodimaterjalide valik
Katoodimaterjalide ohutus põhineb peamiselt kolmel järgmisel aspektil:
1. Materjali termodünaamiline stabiilsus;
2. materjalide keemiline stabiilsus;
3. Materjalide füüsikalised omadused.
b) Diafragma materjalide valik
Separaatori põhiülesanne on eraldada aku positiivsed ja negatiivsed elektroodid, et vältida positiivsete ja negatiivsete elektroodide kokkupuudet ja lühise tekitamist. Samal ajal on sellel võime lasta läbi elektrolüütide ioone, see tähendab, et sellel on elektrooniline isolatsioon ja ioonide juhtivus. Liitiumioonakude eraldajate valimisel tuleb arvestada järgmiste punktidega:
1. Sellel on elektrooniline isolatsioon ja see tagab positiivsete ja negatiivsete elektroodide mehaanilise isolatsiooni;
2. sellel on teatud pooride suurus ja poorsus, et tagada madal takistus ja kõrge ioonjuhtivus;
3. Diafragma materjal on piisava keemilise stabiilsusega ja peab olema vastupidav elektrolüütide korrosioonile;
4. Diafragmal peab olema automaatse väljalülituskaitse funktsioon;
5. Diafragma termiline kokkutõmbumine ja deformeeritavus peaksid olema võimalikult väikesed;
6 Diafragma peab olema teatud paksusega;
7 Diafragmal peab olema tugev füüsiline tugevus ja piisav torkekindlus.
c) Elektrolüüdi valik
Elektrolüüt on liitiumioonakude oluline komponent ja mängib rolli voolu transportimisel ja juhtimisel aku positiivse ja negatiivse elektroodi vahel. Liitiumioonakudes kasutatav elektrolüüt on elektrolüüdilahus, mis moodustub sobiva liitiumisoola lahustamisel orgaanilises aprotoonses lahustis. Tavaliselt peaks see vastama järgmistele nõuetele:
1. Hea keemiline stabiilsus, puudub keemiline reaktsioon elektroodide aktiivsete materjalide, voolukollektorite ja separaatoritega;
2. hea elektrokeemiline stabiilsus ja lai elektrokeemiline aken;
3 liitiumioonidel on kõrge juhtivus ja madal elektrooniline juhtivus;
4. Lai vedeliku temperatuurivahemik;
5. Ohutu, mittetoksiline ja keskkonnasõbralik.
Tugevdada akuelementide üldist ohutusdisaini
Aku südamik on lüli, mis ühendab akus erinevaid materjale. See ühendab positiivse elektroodi, negatiivse elektroodi, separaatori, saki ja pakkekile. Aku südamiku konstruktsioon ei mõjuta mitte ainult erinevate materjalide jõudlust, vaid ka aku üldist jõudlust. Elektrokeemilistel toimivustel ja ohutusnäitajatel on oluline mõju. Materjalide valik ja aku südamiku konstruktsioon on osaliselt ja üldises seoses. Materjali omadused tuleks kombineerida aku südamiku konstruktsioonis, et koostada mõistlik struktuurne mudel.
Lisaks võib liitiumaku struktuuris arvestada ka mõne täiendava kaitseseadmega. Levinud kaitsemehhanismide konstruktsioonid hõlmavad järgmist:
1. Kasutades lülituselemente, kui aku sees temperatuur tõuseb, tõuseb selle takistus vastavalt. Kui temperatuur on liiga kõrge, lülitub toide automaatselt välja;
2. Paigaldage kaitseklapp (õhutusava aku ülaosas). Kui aku siserõhk tõuseb teatud väärtuseni, avaneb kaitseklapp selle ohutuse tagamiseks automaatselt.
Järgnevalt on toodud mõned näited akuelementide konstruktsioonide ohutusdisaini kohta.
a) Positiivsete ja negatiivsete elektroodide võimsuse suhe ja kiibi projekteeritud suurus
Valige positiivne ja negatiivne elektroodide võimsuse suhe positiivse ja negatiivse elektroodi materjalide omaduste põhjal. Aku südamiku positiivse ja negatiivse elektroodi võimsuse suhe on liitiumioonaku ohutusega seotud oluline lüli. Kui positiivse elektroodi maht on liiga suur, ilmub negatiivse elektroodi pinnale metalliline liitium. sadestumine ja kui negatiivne elektrood on liiga suur, kannatab aku mahutavus suuremat kahju. Üldiselt tehakse N/P=1.05–1.15 ja sobivad valikud aku tegeliku mahutavuse ja ohutusnõuete alusel. Kujundage tüki suurus nii, et negatiivse elektroodi pasta (aktiivse materjali) asend kataks (on suurem kui) positiivse elektroodi pasta asendit. Üldjuhul peaks laius olema 1–5 mm ja pikkus 5–10 mm suurem.
b) Diafragma laiuse varu
Separaatori laiuse disaini üldpõhimõte on vältida sisemisi lühiseid, mis on põhjustatud positiivse ja negatiivse elektroodi vahelisest otsesest kokkupuutest. Separaatori termilise kokkutõmbumise tõttu aku laadimise ja tühjenemise ajal ning termilise šoki korral ja muudes keskkondades deformeerub separaator pikkuse ja laiuse suunas ning separaator deformeerub. Kortsusala suurendab polarisatsiooni suurenemise tõttu. positiivsete ja negatiivsete elektroodide vaheline kaugus; separaatori venitatud ala suurendab separaatori hõrenemise tõttu mikrolühise tekkimise võimalust; separaatori servaala kokkutõmbumine võib põhjustada positiivsete ja negatiivsete elektroodide otsese kokkupuute. Kontakti tõttu tekib sisemine lühis, mis põhjustab aku termilise äravoolu tõttu ohtu. Seetõttu tuleb aku projekteerimisel ala ja laiuse kasutamisel arvestada separaatori kokkutõmbumisnäitajatega. Eraldaja on suurem kui anood ja katood. Arvestades protsessi vigu, peab isolatsioonikile olema vähemalt 0,1 mm pikem kui pooluse tüki välisserv.
c) Isolatsioonitöötlus
Sisemine lühis on liitium-ioonakude ohutusohu oluline tegur. Akuelemendi konstruktsioonis võivad paljud potentsiaalselt ohtlikud osad põhjustada sisemisi lühiseid. Seetõttu tuleks nendes võtmekohtades kasutusele võtta vajalikud meetmed või isolatsioon, et vältida sisemiste lühiste tekkimist ebatavalistes olukordades. Näiteks kui akus tekib lühis, hoidke positiivse ja negatiivse elektroodi kõrvade vahel vajalikku vahemaad; kandke ühele küljele isoleerteip ilma pastata keskele ja katke kõik paljastatud osad; kandke positiivse alumiiniumfooliumi ja negatiivse aktiivmaterjali vahele isoleerteip; pealekandmine Isolatsiooniteip katab kõik sakkide keevitusosad; aku südamiku ülaosas kasutatakse isoleerlinti.
d) Seadistage kaitseklapp (rõhualandusseade)
Liitiumioonakud on sageli ohus, kuna sisetemperatuur või rõhk on liiga kõrge, põhjustades plahvatusi või tulekahjusid; mõistliku rõhulangetusseadme seadistamine võib ohu korral kiiresti vabastada akus oleva rõhu ja kuumuse, vähendades plahvatusohtu. Nõutav on mõistlik rõhulangetusseade, mis vastaks aku siserõhule normaalse töö ajal ja avaneks automaatselt rõhu vabastamiseks, kui siserõhk jõuab ohtliku piirini. Rõhuvabastusseadme asendi seadmisel tuleb arvestada aku kesta siserõhu suurenemise mõjuga. Deformatsiooniomaduste põhjal konstrueeritud kaitseklapid saab kujundada läbi lamellide, servade, õmbluste ja sälkude.
Parandage tehnoloogia taset
Tuleks teha jõupingutusi akuelementide tootmisprotsessi standardiseerimiseks. Segamise, katmise, küpsetamise, tihendamise, tükeldamise ja mähkimise etappides standardiseerige (nagu membraani laius, elektrolüüdi sissepritse maht jne) ja täiustage protsessimeetodeid (nt madalrõhu süstimismeetod, tsentrifugaallaadimine jne) Shell meetod jne), teha head tööd protsessi juhtimisel, tagada protsessi kvaliteet ja vähendada toodete erinevusi; seada paika spetsiaalsed protsessietapid peamistes etappides, mis mõjutavad ohutust (nagu elektroodiplaadi krohvi eemaldamine, pühkimispulber ja erinevate materjalide jaoks erinevate keevitusmeetodite kasutamine) jne), rakendada standardiseeritud kvaliteediseiret, kõrvaldada defektsed osad ja välistada defektsed tooted (nagu pooluse deformatsioon, membraani läbitorkamine, aktiivse materjali mahakukkumine, elektrolüüdi leke jne); hoidke tootmiskoht korras ja puhtana ning rakendage 5S haldust ja 6 -sigma kvaliteedikontrolli, et vältida lisandite ja niiskuse segunemist tootmise ajal ning minimeerida õnnetuste mõju tootmise ajal ohutusele.
