Phản ứng sạc quá mức của pin lithium-ion sẽ thay đổi cấu trúc của vật liệu cực âm và làm cho vật liệu có tác dụng oxy hóa mạnh, do đó dung môi trong chất điện phân sẽ bị oxy hóa mạnh và tác động này là không thể đảo ngược. Nếu nhiệt gây ra bởi phản ứng tích tụ, sẽ có nguy cơ thoát nhiệt.
II. nguyên nhân phân tích các vấn đề an toàn của các sản phẩm pin lithium-ion.
Sau 30 năm phát triển công nghiệp, công nghệ an toàn của pin lithium-ion đã đạt được những tiến bộ vượt bậc, giúp kiểm soát hiệu quả sự xuất hiện của các phản ứng phụ trong pin và đảm bảo an toàn cho pin. Tuy nhiên, với việc sử dụng ngày càng nhiều pin lithium-ion và mật độ năng lượng cao hơn, vẫn có những sự cố lặp đi lặp lại như chấn thương do nổ hoặc thu hồi sản phẩm do rủi ro an toàn trong những năm gần đây. Chúng tôi tóm tắt những lý do chính dẫn đến các vấn đề an toàn của các sản phẩm pin lithium-ion như sau:
(1) vấn đề về vật liệu tế bào.
Các vật liệu được sử dụng trong pin bao gồm: vật liệu hoạt động tích cực, vật liệu hoạt động tiêu cực, màng ngăn, chất điện phân và vỏ, v.v. hiệu suất an toàn của pin được xác định bởi việc lựa chọn vật liệu và sự phù hợp của hệ thống. Trong việc lựa chọn vật liệu hoạt động tích cực và tiêu cực và vật liệu màng ngăn, các nhà sản xuất đã không đánh giá các đặc tính và sự phù hợp của nguyên liệu thô, dẫn đến thiếu sót bẩm sinh về độ an toàn của lõi.
(2) vấn đề quy trình sản xuất.
Việc kiểm tra nguyên liệu thô lỏng lẻo và môi trường sản xuất kém dẫn đến việc trộn tạp chất trong sản xuất, điều này không chỉ gây bất lợi cho dung lượng của pin mà còn ảnh hưởng lớn đến độ an toàn của pin; Ngoài ra, nếu pha quá nhiều nước vào chất điện phân có thể xảy ra phản ứng phụ làm tăng áp suất bên trong ắc quy, ảnh hưởng đến độ an toàn. Do hạn chế của quy trình sản xuất, các sản phẩm không thể đạt được tính nhất quán tốt trong quy trình sản xuất điện cực. ví dụ, ma trận điện cực kém trơn tru, bong tróc vật liệu hoạt động điện cực, trộn các tạp chất khác trong vật liệu hoạt tính, nhiệt độ hàn không ổn định, mép điện cực có gờ và không sử dụng băng cách điện ở các bộ phận chính có thể ảnh hưởng xấu đến an toàn của lõi.
(3) lỗi thiết kế của pin, hiệu suất an toàn bị giảm.
Trong thiết kế kết cấu, nhiều điểm mấu chốt ảnh hưởng đến an toàn chưa được nhà sản xuất chú ý như không có băng cách điện ở các bộ phận quan trọng, không có lề hoặc không đủ lề trong thiết kế màng ngăn, thiết kế tỷ lệ dung lượng điện cực dương và âm không hợp lý, thiết kế cực dương không hợp lý. và tỷ lệ diện tích vật liệu hoạt động tiêu cực, thiết kế chiều dài tai cực không hợp lý, v.v., tất cả những điều này có thể tiềm ẩn những mối nguy hiểm tiềm ẩn đối với sự an toàn của pin. Ngoài ra, trong quá trình sản xuất cell, một số nhà sản xuất pin cố gắng tiết kiệm và nén nguyên liệu nhằm tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu suất như giảm diện tích màng ngăn, làm mỏng lá đồng, lá nhôm và không sử dụng van giảm áp, băng cách điện. và như thế. tất cả những điều này sẽ làm giảm độ an toàn của pin.
(4)mật độ năng lượng quá cao.
Hiện tại, thị trường đang theo đuổi các sản phẩm pin dung lượng cao hơn, các nhà sản xuất để tăng khả năng cạnh tranh của sản phẩm, tiếp tục cải thiện năng lượng cụ thể của pin lithium-ion, điều này làm tăng đáng kể rủi ro của pin.
III. Công nghệ bảo mật.
Mặc dù pin lithium-ion có nhiều mối nguy hiểm tiềm ẩn, nhưng trong các điều kiện sử dụng cụ thể và việc áp dụng các biện pháp nhất định có thể kiểm soát hiệu quả sự xuất hiện của các phản ứng phụ và phản ứng nghiêm trọng trong pin và đảm bảo sử dụng an toàn. Sau đây là phần giới thiệu ngắn gọn về một số công nghệ an toàn thường được sử dụng cho pin lithium-ion.
1> chọn nguyên liệu có hệ số an toàn cao hơn.
Chọn vật liệu hoạt động tích cực và tiêu cực, vật liệu màng ngăn và chất điện phân có hệ số an toàn cao hơn.
A) lựa chọn vật liệu catốt.
Sự an toàn của vật liệu catốt chủ yếu dựa trên ba khía cạnh sau:
(1) Độ ổn định nhiệt động của vật liệu.
(2) tính ổn định hóa học của vật liệu.
(3) tính chất vật lý của vật liệu.
B) lựa chọn vật liệu màng ngăn.
Chức năng chính của màng ngăn là ngăn cách các điện cực dương và âm của pin, ngăn không cho các điện cực dương và âm tiếp xúc và đoản mạch, đồng thời có khả năng cho phép các ion điện phân đi qua, nghĩa là cách điện và dẫn ion. . Cần chú ý những điểm sau khi chọn màng ngăn cho pin lithium-ion:
(1) có lớp cách điện điện tử để đảm bảo cách ly cơ học giữa các điện cực dương và âm.
(2) có đường kính lỗ rỗng và độ xốp nhất định để đảm bảo điện trở thấp và độ dẫn ion cao.
(3)Vật liệu màng có đủ độ ổn định hóa học và phải có khả năng chống lại sự ăn mòn của chất điện phân.
(4) màng ngăn phải có chức năng bảo vệ ngắt tự động.
(5) độ co nhiệt và biến dạng của màng ngăn phải càng nhỏ càng tốt.
(6) màng ngăn phải có độ dày nhất định.
(7) cơ hoành phải có sức mạnh thể chất mạnh mẽ và khả năng chống đâm thủng đủ mạnh.
C) lựa chọn chất điện phân.
Chất điện phân là một phần quan trọng của pin lithium-ion, truyền và dẫn dòng điện giữa các điện cực dương và âm của pin lithium-ion. Chất điện phân được sử dụng trong pin lithium-ion là dung dịch điện phân được hình thành bằng cách hòa tan muối lithium thích hợp trong dung môi hỗn hợp hữu cơ không chứa proton. Nó thường phải đáp ứng các yêu cầu sau:
(1) ổn định hóa học tốt, không có phản ứng hóa học với vật liệu hoạt động điện cực, bộ thu dòng điện và màng ngăn.
(2) ổn định điện hóa tốt và cửa sổ điện hóa rộng.
(3) Độ dẫn ion lithium cao và độ dẫn điện tử thấp.
(4) phạm vi rộng của nhiệt độ chất lỏng.
(5) an toàn, không độc hại và thân thiện với môi trường.
Tăng cường thiết kế an toàn tổng thể của tế bào.
Pin là liên kết kết hợp tất cả các loại vật liệu của pin, và nó là sự tích hợp của điện cực dương, điện cực âm, màng ngăn, tai điện cực và màng đóng gói, v.v. Thiết kế cấu trúc của pin không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của các vật liệu khác nhau mà còn có tác động quan trọng đến hiệu suất điện hóa tổng thể và hiệu suất an toàn của pin. Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế cấu trúc tế bào là một loại mối quan hệ giữa bộ phận và toàn bộ. Trong thiết kế pin, chế độ cấu trúc hợp lý phải được thiết lập theo các đặc tính của vật liệu.
Ngoài ra, một số thiết bị bảo vệ bổ sung có thể được xem xét trong cấu trúc của pin lithium. các thiết kế cơ chế bảo vệ phổ biến như sau: 1 phần tử công tắc được sử dụng và điện trở của nó tăng lên khi nhiệt độ trong pin tăng lên và khi nhiệt độ quá cao, nó sẽ tự động ngắt nguồn điện. (2) thiết lập van an toàn (nghĩa là lỗ thông hơi ở trên cùng của pin). Khi áp suất bên trong của pin tăng đến một giá trị nhất định, van an toàn sẽ tự động mở để đảm bảo an toàn cho pin.
Sau đây là một số ví dụ về thiết kế an toàn của cấu trúc lõi:
A) tỷ lệ công suất của các điện cực dương và âm và kích thước thiết kế.
Tỷ lệ thích hợp của công suất điện cực dương và âm được chọn theo đặc tính của vật liệu điện cực dương và âm. tỷ lệ dung lượng điện cực dương và âm là một liên kết quan trọng liên quan đến sự an toàn của pin lithium ion. nếu công suất dương quá lớn, lithium kim loại sẽ lắng đọng trên bề mặt của điện cực âm. dung lượng của pin với điện cực âm quá lớn sẽ bị hao hụt lớn. Nói chung, N/P=1,05~1,15 và đưa ra lựa chọn phù hợp theo dung lượng pin thực tế và yêu cầu an toàn. Kích thước của phim được thiết kế sao cho vị trí của miếng dán âm (hoạt chất) lớn hơn vị trí của miếng dán dương, chiều rộng phải lớn hơn 1 mm và chiều dài phải lớn hơn 5 mm.
B) có một lề trong chiều rộng của cơ hoành.
Nguyên tắc chung của việc thiết kế chiều rộng của màng ngăn là để ngăn chặn sự ngắn mạch bên trong do sự tiếp xúc trực tiếp của các điện cực dương và âm. Sự co rút nhiệt của màng dẫn đến sự biến dạng của màng theo chiều dài và chiều rộng trong quá trình sạc và xả pin cũng như trong môi trường sốc nhiệt. Diện tích nếp gấp của màng ngăn làm tăng sự phân cực do khoảng cách giữa các điện cực dương và âm tăng lên, và diện tích của lực căng của màng ngăn làm tăng khả năng xảy ra ngắn mạch vi mô do màng ngăn mỏng đi. Sự co lại của khu vực cạnh của màng ngăn có thể dẫn đến đoản mạch bên trong do tiếp xúc trực tiếp giữa các điện cực dương và âm, điều này có thể khiến pin gặp nguy hiểm do thoát nhiệt. Do đó, khi thiết kế pin, các đặc tính co ngót của màng ngăn phải được xem xét trong việc sử dụng diện tích và chiều rộng của màng ngăn, và dải phân cách lớn hơn cực dương và cực âm. Xét thấy ngoài lỗi quy trình, màng cách ly phải dài hơn mặt ngoài của điện cực ít nhất 0,1mm.
C) Xử lý cách nhiệt.
Đoản mạch bên trong là một yếu tố quan trọng trong mối nguy hiểm tiềm ẩn về an toàn của pin lithium ion. có nhiều vị trí nguy hiểm tiềm ẩn gây đoản mạch bên trong trong thiết kế cấu trúc của pin lithium ion, vì vậy cần thiết lập các biện pháp hoặc cách nhiệt cần thiết ở những vị trí trọng yếu này. để tránh xảy ra hiện tượng đoản mạch trong pin trong những trường hợp bất thường, chẳng hạn như giữ khoảng cách cần thiết giữa tai dương và tai âm. Băng cách điện phải được dán vào vị trí không dán ở giữa của mặt cuối và tất cả các bộ phận lộ ra ngoài phải được bọc lại; băng cách điện nên được dán giữa lá nhôm dương và vật liệu hoạt tính âm; phần hàn của tai điện cực phải được bao phủ hoàn toàn bằng băng cách điện; mặt trên của lõi phải được phủ bằng băng cách điện, v.v.
D) thiết lập van an toàn (thiết bị giảm áp suất).
Sự nguy hiểm của pin lithium-ion thường là do nhiệt độ hoặc áp suất bên trong quá cao gây ra cháy nổ; thiết lập thiết bị giảm áp hợp lý có thể nhanh chóng giải phóng áp suất và nhiệt bên trong pin khi nguy hiểm xảy ra và giảm nguy cơ cháy nổ. Cần có một thiết bị giảm áp suất hợp lý không chỉ để đáp ứng áp suất bên trong của ắc quy khi nó hoạt động bình thường mà còn phải tự động mở và xả áp suất khi áp suất bên trong đạt đến giới hạn nguy hiểm. Vị trí cài đặt của thiết bị giảm áp cần xem xét các đặc tính biến dạng của vỏ pin do áp suất bên trong tăng lên. Thiết kế của van an toàn có thể được thực hiện bằng các tấm mỏng, các cạnh, đường nối và vết trầy xước.
(3) nâng cao trình độ công nghệ.
Phấn đấu làm tốt công tác tiêu chuẩn hóa, tiêu chuẩn hóa quy trình sản xuất ắc quy. Trong các bước trộn, phủ, nướng, nén, cắt và cuộn, tiêu chuẩn hóa (chẳng hạn như chiều rộng màng ngăn, phun chất điện phân, v.v.), cải tiến phương tiện xử lý (chẳng hạn như phương pháp phun chất lỏng áp suất thấp, phương pháp vỏ ly tâm, v.v.), làm tốt công việc kiểm soát quy trình, đảm bảo chất lượng quy trình và giảm sự khác biệt giữa các sản phẩm. Trong các bước chính ảnh hưởng đến an toàn, hãy thiết lập các bước đặc biệt (chẳng hạn như khử cực mũi khoan, quét bột, sử dụng các phương pháp hàn khác nhau cho các vật liệu khác nhau, v.v.), thực hiện kiểm soát chất lượng tiêu chuẩn hóa, loại bỏ các bộ phận bị lỗi, loại bỏ các sản phẩm bị lỗi (chẳng hạn như biến dạng điện cực, thủng màng ngăn, rơi vãi vật liệu hoạt tính và rò rỉ chất điện phân, v.v.).
gần đây bài viết
quét để wechat:everexceed
