3. Tecnología de seguridad
Aunque las baterías de iones de litio tienen muchos peligros ocultos, bajo condiciones específicas de uso y con ciertas medidas, pueden controlar de manera efectiva la ocurrencia de reacciones secundarias y reacciones violentas en las celdas de la batería para garantizar su uso seguro.La siguiente es una breve introducción a varias tecnologías de seguridad de uso común para las baterías de iones de litio.
(1) Seleccionar materias primas con mayor factor de seguridad
Se seleccionarán materiales activos polares positivos y negativos, materiales de diafragma y electrolitos con mayor factor de seguridad.
a) Selección de material positivo
La seguridad de los materiales del cátodo se basa principalmente en los siguientes tres aspectos:
1. Estabilidad termodinámica de los materiales;
2. Estabilidad química de los materiales;
3. Propiedades físicas de los materiales.
b) Selección de los materiales del diafragma
La función principal del diafragma es separar los electrodos positivo y negativo de la batería, evitar cortocircuitos causados por el contacto entre los electrodos positivo y negativo, y permitir el paso de iones de electrolito, es decir, tiene aislamiento electrónico y iones. conductividad.Se deben tener en cuenta los siguientes puntos al seleccionar el diafragma para baterías de iones de litio:
1. Posee aislamiento electrónico para asegurar el aislamiento mecánico de los electrodos positivo y negativo;
2. Tiene cierta apertura y porosidad para asegurar baja resistencia y alta conductividad iónica;
3. El material del diafragma deberá tener suficiente estabilidad química y debe ser resistente a la corrosión por electrolitos;
4. El diafragma tendrá la función de protección de apagado automático;
5. La contracción térmica y la deformación del diafragma serán lo más pequeñas posible;
6. El diafragma deberá tener un cierto espesor;
7. El diafragma deberá tener una fuerte resistencia física y suficiente resistencia a la punción.
c) Selección de electrolito
El electrolito es una parte importante de la batería de iones de litio, que desempeña el papel de transmitir y conducir la corriente entre los electrodos positivo y negativo de la batería.El electrolito utilizado en las baterías de iones de litio es una solución de electrolito formada al disolver sales de litio apropiadas en solventes mixtos apróticos orgánicos.Con carácter general, deberá cumplir los siguientes requisitos:
1. Buena estabilidad química, sin reacción química con la sustancia activa del electrodo, el líquido colector y el diafragma;
2. Buena estabilidad electroquímica, con una amplia ventana electroquímica;
3. Alta conductividad de iones de litio y baja conductividad electrónica;
4. Amplio rango de temperatura del líquido;
5. Es seguro, no tóxico y respetuoso con el medio ambiente.
(2) Fortalecer el diseño de seguridad general de la celda.
La celda de la batería es el enlace que combina varios materiales de la batería y la integración del polo positivo, el polo negativo, el diafragma, la orejeta y la película de embalaje.El diseño de la estructura de la celda no solo afecta el rendimiento de varios materiales, sino que también tiene un impacto importante en el rendimiento electroquímico general y el rendimiento de seguridad de la batería.La selección de materiales y el diseño de la estructura central son solo una especie de relación entre el local y el conjunto.En el diseño del núcleo, el modo de estructura razonable debe formularse de acuerdo con las características del material.
Además, se pueden considerar algunos dispositivos de protección adicionales para la estructura de la batería de litio.Los mecanismos de protección comunes son los siguientes:
a) Se adopta el elemento interruptor.Cuando la temperatura dentro de la batería aumenta, su valor de resistencia aumentará en consecuencia.Cuando la temperatura es demasiado alta, la fuente de alimentación se detendrá automáticamente;
b) Coloque una válvula de seguridad (es decir, la salida de aire en la parte superior de la batería).Cuando la presión interna de la batería alcanza cierto valor, la válvula de seguridad se abrirá automáticamente para garantizar la seguridad de la batería.
Estos son algunos ejemplos del diseño de seguridad de la estructura del núcleo eléctrico:
1. Relación de capacidad de polo positivo y negativo y corte de tamaño de diseño
Seleccione la relación de capacidad adecuada de los electrodos positivos y negativos de acuerdo con las características de los materiales de los electrodos positivos y negativos.La relación entre la capacidad del electrodo positivo y negativo de la celda es un vínculo importante relacionado con la seguridad de las baterías de iones de litio.Si la capacidad del electrodo positivo es demasiado grande, el litio metálico se depositará en la superficie del electrodo negativo, mientras que si la capacidad del electrodo negativo es demasiado grande, la capacidad de la batería se perderá en gran medida.Generalmente, N/P=1.05-1.15, y se debe hacer la selección adecuada de acuerdo con la capacidad real de la batería y los requisitos de seguridad.Las piezas grandes y pequeñas se diseñarán de modo que la posición de la pasta negativa (sustancia activa) encierre (exceda) la posición de la pasta positiva.En general, el ancho será de 1 a 5 mm más grande y la longitud de 5 a 10 mm más grande.
2. Tolerancia para el ancho del diafragma
El principio general del diseño del ancho del diafragma es evitar un cortocircuito interno causado por el contacto directo entre los electrodos positivo y negativo.Como la contracción térmica del diafragma provoca la deformación del diafragma en la dirección de la longitud y la anchura durante la carga y descarga de la batería y bajo choque térmico y otros entornos, la polarización del área doblada del diafragma aumenta debido al aumento de la distancia entre positivo y electrodos negativos;La posibilidad de un microcortocircuito en el área de estiramiento del diafragma aumenta debido al adelgazamiento del diafragma;La contracción en el borde del diafragma puede provocar un contacto directo entre los electrodos positivo y negativo y un cortocircuito interno, lo que puede causar peligro debido a la fuga térmica de la batería.Por lo tanto, al diseñar la batería, se deben tener en cuenta sus características de contracción en el uso del área y ancho del diafragma.La película de aislamiento debe ser más grande que el ánodo y el cátodo.Además del error de proceso, la película de aislamiento debe ser al menos 0,1 mm más larga que el lado exterior de la pieza del electrodo.
3. Tratamiento de aislamiento
El cortocircuito interno es un factor importante en el riesgo potencial de seguridad de la batería de iones de litio.Hay muchas partes potencialmente peligrosas que causan un cortocircuito interno en el diseño estructural de la celda.Por lo tanto, se deben establecer las medidas de aislamiento necesarias en estas posiciones clave para evitar cortocircuitos internos en la batería en condiciones anormales, como mantener el espacio necesario entre las orejas de los electrodos positivo y negativo;La cinta aislante se pegará en la posición de no pegado en el medio del extremo único y se cubrirán todas las partes expuestas;La cinta aislante se pegará entre el papel de aluminio positivo y la sustancia activa negativa;La parte soldada de la orejeta deberá estar completamente cubierta con cinta aislante;Se utiliza cinta aislante en la parte superior del núcleo eléctrico.
4. Ajuste de la válvula de seguridad (dispositivo de alivio de presión)
Las baterías de iones de litio son peligrosas, generalmente porque la temperatura interna es demasiado alta o la presión es demasiado alta para causar una explosión o un incendio;El dispositivo de alivio de presión razonable puede liberar rápidamente la presión y el calor dentro de la batería en caso de peligro y reducir el riesgo de explosión.El dispositivo de alivio de presión razonable no solo cumplirá con la presión interna de la batería durante el funcionamiento normal, sino que también se abrirá automáticamente para liberar la presión cuando la presión interna alcance el límite de peligro.La posición de ajuste del dispositivo de alivio de presión se diseñará teniendo en cuenta las características de deformación de la carcasa de la batería debido al aumento de la presión interna;El diseño de la válvula de seguridad se puede realizar mediante escamas, bordes, costuras y muescas.
(3) Mejorar el nivel de proceso
Se deben hacer esfuerzos para estandarizar y estandarizar el proceso de producción de la celda.En los pasos de mezclado, recubrimiento, horneado, compactación, corte y bobinado, formular la estandarización (como el ancho del diafragma, el volumen de inyección de electrolito, etc.), mejorar los medios del proceso (como el método de inyección a baja presión, el método de empaque centrífugo, etc.) , hacer un buen trabajo en el control de procesos, garantizar la calidad del proceso y reducir las diferencias entre productos;Establezca pasos de trabajo especiales en pasos clave que afecten la seguridad (como el desbarbado de la pieza del electrodo, el barrido de polvo, diferentes métodos de soldadura para diferentes materiales, etc.), implemente un control de calidad estandarizado, elimine las piezas defectuosas y elimine los productos defectuosos (como la deformación de pieza de electrodo, perforación de diafragma, caída de material activo, fuga de electrolito, etc.);Mantenga el sitio de producción limpio y ordenado, implemente la gestión 5S y el control de calidad 6-sigma, evite que las impurezas y la humedad se mezclen en la producción y minimice el impacto de los accidentes en la producción en la seguridad.
Hora de publicación: 16-nov-2022