I. niebezpieczeństwo związane z akumulatorami litowo-jonowymi.

Akumulator litowo-jonowy jest potencjalnie niebezpiecznym chemicznym źródłem zasilania ze względu na własne właściwości chemiczne i skład systemu.

(1) wysoka aktywność chemiczna.
Lit jest głównym pierwiastkiem grupy drugiego cyklu układu okresowego, który ma niezwykle aktywne właściwości chemiczne.

(2) Wysoka gęstość energii.
Energia właściwa akumulatora litowo-jonowego jest niezwykle wysoka (≥ 140 Wh/kg), kilkakrotnie wyższa niż w przypadku akumulatorów Ni-CD, Ni-MH i innych akumulatorów wtórnych. Jeśli dojdzie do niekontrolowanej reakcji termicznej, wydziela się duże ciepło i łatwo dochodzi do niebezpiecznych zachowań.

(3) przy użyciu organicznego systemu elektrolitów.
Organicznym rozpuszczalnikiem organicznego układu elektrolitów jest węglowodór, napięcie rozkładu jest niskie, łatwo się utlenia, a rozpuszczalnik jest łatwopalny; wyciek może spowodować zapalenie się baterii, a nawet spalenie i eksplozję.

(4) prawdopodobieństwo wystąpienia reakcji ubocznej jest wysokie.
Podczas normalnego użytkowania akumulatora litowo-jonowego zachodzi dodatnia reakcja chemiczna między energią elektryczną a energią chemiczną. Jednak w pewnych warunkach, takich jak przeładowanie, nadmierne rozładowanie lub praca z nadmiernym prądem, łatwo doprowadzi to do chemicznej reakcji ubocznej wewnątrz akumulatora; po zintensyfikowaniu reakcji ubocznej poważnie wpłynie to na wydajność i żywotność akumulatora oraz może wytworzyć duże ilości gazu, co doprowadzi do problemów bezpieczeństwa spowodowanych wybuchem i pożarem po gwałtownym wzroście ciśnienia wewnątrz akumulatora .

(5) struktura materiału elektrody jest niestabilna.

Reakcja przeładowania akumulatora litowo-jonowego zmieni strukturę materiału katody i sprawi, że materiał będzie miał silny efekt utleniania, tak że rozpuszczalnik w elektrolicie zostanie silnie utleniony, a efekt ten jest nieodwracalny. Jeżeli ciepło wywołane reakcją kumuluje się, istnieje ryzyko ucieczki termicznej.

II. spowodować analizę problemów bezpieczeństwa produktów z akumulatorami litowo-jonowymi.
Po 30 latach rozwoju przemysłowego technologia bezpieczeństwa baterii litowo-jonowej poczyniła ogromne postępy, co skutecznie kontroluje występowanie reakcji ubocznych w baterii i zapewnia bezpieczeństwo baterii. Jednak przy coraz szerszym wykorzystaniu akumulatorów litowo-jonowych i większej gęstości energii, w ostatnich latach wciąż powtarzają się incydenty, takie jak obrażenia wybuchowe lub wycofanie produktu ze względów bezpieczeństwa. Podsumowujemy główne przyczyny problemów z bezpieczeństwem produktów z akumulatorami litowo-jonowymi:

(1) problem z materiałem ogniwa.
Materiały użyte w akumulatorze obejmują: dodatni materiał aktywny, ujemny materiał aktywny, membranę, elektrolit i powłokę itp. Poziom bezpieczeństwa ogniwa zależy od doboru materiałów i dopasowania systemu. Przy doborze pozytywów i negatywów materiałów aktywnych oraz materiałów membranowych producenci nie oceniali właściwości i dopasowania surowców, co skutkowało wrodzonymi brakami bezpieczeństwa rdzenia.

(2) problemy z procesem produkcyjnym.
Niedbała kontrola surowców do ogniw i złe środowisko produkcyjne prowadzą do mieszania się zanieczyszczeń podczas produkcji, co nie tylko niekorzystnie wpływa na pojemność akumulatora, ale ma również ogromny wpływ na bezpieczeństwo akumulatora; ponadto, jeśli do elektrolitu zostanie dodana zbyt duża ilość wody, może wystąpić reakcja uboczna polegająca na zwiększeniu ciśnienia wewnętrznego akumulatora, co wpłynie na bezpieczeństwo. Ze względu na ograniczenia procesu produkcyjnego produkty nie mogą osiągnąć dobrej spójności w procesie produkcji elektrody. np. słaba gładkość osnowy elektrody, zrzucanie materiału aktywnego elektrody, domieszanie innych zanieczyszczeń w materiale aktywnym, niestabilna temperatura spawania, zadziory na krawędzi elektrody oraz brak użycia taśmy izolacyjnej w kluczowych częściach może niekorzystnie wpłynąć na bezpieczeństwo rdzenia.

(3) wada konstrukcyjna baterii, wydajność bezpieczeństwa jest zmniejszona.
W projektowaniu konstrukcyjnym producenci nie zwrócili uwagi na wiele kluczowych punktów wpływających na bezpieczeństwo, takich jak brak taśmy izolacyjnej w kluczowych częściach, brak marginesu lub niewystarczający margines w konstrukcji membrany, nierozsądny projekt współczynnika pojemności dodatniej i ujemnej elektrody, nierozsądny projekt dodatniego i ujemny stosunek powierzchni materiału aktywnego, nierozsądny projekt długości ucha bieguna itp., wszystko to może ukryć ukryte zagrożenia dla bezpieczeństwa akumulatora. Ponadto w procesie produkcji ogniw niektórzy producenci akumulatorów starają się oszczędzać i kompresować surowce w celu obniżenia kosztów i poprawy wydajności, np. Zmniejszając powierzchnię membrany, pocieniając folię miedzianą, aluminiową i nie stosując zaworu bezpieczeństwa, taśmy izolacyjnej i tak dalej. wszystko to zmniejszy bezpieczeństwo baterii.

(4)gęstość energii jest zbyt duża.
Obecnie rynek poszukuje produktów akumulatorowych o większej pojemności, producenci w celu zwiększenia konkurencyjności produktów nadal poprawiają energię objętościową akumulatorów litowo-jonowych, co znacznie zwiększa ryzyko akumulatorów.

III. Technologia bezpieczeństwa.
Chociaż akumulator litowo-jonowy niesie ze sobą wiele ukrytych zagrożeń, to w określonych warunkach użytkowania i zastosowaniu określonych środków można skutecznie kontrolować występowanie reakcji ubocznych i ciężkich reakcji w ogniwie oraz zapewnić jego bezpieczne użytkowanie. Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie do kilku powszechnie stosowanych technologii bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych.

1> wybierz surowce o wyższym współczynniku bezpieczeństwa.
Wybierz dodatnie i ujemne materiały aktywne, materiały diafragmy i elektrolity o wyższym współczynniku bezpieczeństwa.
A) dobór materiałów katodowych.
Bezpieczeństwo materiałów katodowych opiera się głównie na trzech następujących aspektach:
(1) Termodynamiczna stabilność materiałów.
(2) stabilność chemiczna materiałów.
(3) właściwości fizyczne materiału.

B) dobór materiałów membrany.
Główną funkcją membrany jest oddzielenie elektrod dodatnich i ujemnych akumulatora, zapobieganie kontaktowi i zwarciom elektrod dodatnich i ujemnych oraz zdolność przepuszczania jonów elektrolitu, to znaczy izolacji elektronicznej i przewodności jonowej . Przy wyborze membran do akumulatorów litowo-jonowych należy zwrócić uwagę na następujące punkty:
(1) posiada izolację elektroniczną zapewniającą mechaniczną izolację elektrod dodatnich i ujemnych.
(2) ma określoną średnicę porów i porowatość, aby zapewnić niską rezystancję i wysoką przewodność jonową.
(3)Materiał membrany ma wystarczającą stabilność chemiczną i musi być odporny na korozję elektrolityczną.
(4) membrana powinna mieć funkcję automatycznego odcięcia.
(5) skurcz termiczny i odkształcenie membrany powinny być jak najmniejsze.
(6) membrana powinna mieć określoną grubość.
(7) przepona powinna mieć dużą wytrzymałość fizyczną i wystarczająco silną zdolność przeciwdziałania przebiciu.

C) dobór elektrolitów.
Elektrolit jest ważną częścią akumulatora litowo-jonowego, który przesyła i przewodzi prąd między elektrodami dodatnimi i ujemnymi akumulatora litowo-jonowego. Elektrolit stosowany w akumulatorze litowo-jonowym jest roztworem elektrolitu utworzonym przez rozpuszczenie odpowiedniej soli litu w organicznym mieszanym rozpuszczalniku nieprotonowym. Zwykle powinien spełniać następujące wymagania:
(1) dobra stabilność chemiczna, brak reakcji chemicznej z materiałem aktywnym elektrody, kolektorem prądu i membraną.
(2) dobra stabilność elektrochemiczna i szerokie okno elektrochemiczne.
(3) Wysoka przewodność litowo-jonowa i niska przewodność elektronowa.
(4) szeroki zakres temperatur cieczy.
(5) bezpieczny, nietoksyczny i przyjazny dla środowiska.

Wzmocnij ogólny projekt bezpieczeństwa komórki.
Bateria jest ogniwem łączącym wszystkie rodzaje materiałów baterii i jest to integracja elektrody dodatniej, elektrody ujemnej, membrany, ucha elektrody i folii opakowaniowej i tak dalej. Konstrukcja struktury baterii nie tylko wpływa na wydajność różnych materiałów, ale ma również istotny wpływ na ogólną wydajność elektrochemiczną i bezpieczeństwo baterii. Dobór materiałów i zaprojektowanie struktury komórki jest swoistym związkiem części z całością. W projekcie baterii należy ustalić rozsądny tryb struktury zgodnie z właściwościami materiału.

Ponadto w strukturze baterii litowej można rozważyć dodatkowe urządzenia zabezpieczające. wspólne projekty mechanizmów zabezpieczających są następujące: 1 używany jest element przełączający, a jego rezystancja wzrasta, gdy temperatura akumulatora wzrasta, a gdy temperatura jest zbyt wysoka, automatycznie zatrzyma zasilanie. (2) ustaw zawór bezpieczeństwa (czyli odpowietrznik w górnej części akumulatora). Gdy ciśnienie wewnętrzne akumulatora wzrośnie do określonej wartości, zawór bezpieczeństwa otworzy się automatycznie, aby zapewnić bezpieczeństwo akumulatora.

Oto kilka przykładów projektu bezpieczeństwa struktury rdzenia:
A) stosunek pojemności elektrod dodatnich i ujemnych oraz rozmiar projektu.
Odpowiedni stosunek pojemności elektrody dodatniej i ujemnej dobiera się zgodnie z charakterystyką materiałów elektrody dodatniej i ujemnej. stosunek pojemności elektrody dodatniej i ujemnej jest ważnym ogniwem związanym z bezpieczeństwem baterii litowo-jonowej. jeśli pojemność dodatnia jest zbyt duża, metaliczny lit zostanie osadzony na powierzchni elektrody ujemnej. pojemność akumulatora ze zbyt dużą elektrodą ujemną będzie miała duże straty. Ogólnie rzecz biorąc, N/P=1,05~1,15 i dokonaj odpowiednich wyborów zgodnie z rzeczywistą pojemnością baterii i wymogami bezpieczeństwa. Rozmiar filmu jest tak dobrany, aby położenie pasty negatywowej (materiału aktywnego) było większe niż pasty pozytywowej, szerokość powinna być większa o 1 mm, a długość powinna być większa o 5 mm.
B) istnieje margines szerokości membrany.
Ogólną zasadą projektowania szerokości membrany jest zapobieganie wewnętrznemu zwarciu spowodowanemu bezpośrednim kontaktem dodatniej i ujemnej elektrody. Skurcz termiczny membrany prowadzi do odkształcenia membrany w kierunku długości i szerokości podczas ładowania i rozładowywania akumulatora oraz w środowisku szoku termicznego. Obszar zagięcia membrany zwiększa polaryzację ze względu na zwiększenie odległości między elektrodami dodatnimi i ujemnymi, a obszar naprężenia membrany zwiększa możliwość mikrozwarć z powodu pocienienia membrany. Skurcz obszaru krawędzi membrany może prowadzić do wewnętrznego zwarcia spowodowanego bezpośrednim kontaktem elektrod dodatnich i ujemnych, co może spowodować zagrożenie dla akumulatora z powodu niekontrolowanego wzrostu temperatury. Dlatego przy projektowaniu baterii należy wziąć pod uwagę charakterystykę skurczu membrany przy użyciu obszaru i szerokości membrany, a separator jest większy niż anoda i katoda. Biorąc pod uwagę, że oprócz błędu procesu, folia izolacyjna musi być co najmniej o 0,1 mm dłuższa niż zewnętrzna strona elektrody.
C) Obróbka izolacji.
Wewnętrzne zwarcie jest ważnym czynnikiem w ukrytym niebezpieczeństwie związanym z akumulatorem litowo-jonowym. istnieje wiele potencjalnie niebezpiecznych miejsc, które powodują wewnętrzne zwarcie w konstrukcji akumulatora litowo-jonowego, dlatego w tych kluczowych miejscach należy zastosować niezbędne środki lub izolację. aby zapobiec wystąpieniu zwarcia w akumulatorze w nietypowych okolicznościach, takich jak zachowanie niezbędnej odległości między uszami dodatnimi i ujemnymi. Taśma izolacyjna powinna być przyklejona do środkowej pozycji niepasującej strony końcowej, a wszystkie odsłonięte części powinny być owinięte; taśmę izolacyjną należy wkleić pomiędzy dodatnią folię aluminiową a ujemny materiał aktywny; spawana część ucha elektrody powinna być całkowicie zakryta taśmą izolacyjną; górna część rdzenia powinna być pokryta taśmą izolacyjną itp.
D) założyć zawór bezpieczeństwa (urządzenie ograniczające ciśnienie).
Niebezpieczeństwo związane z akumulatorem litowo-jonowym jest często spowodowane wybuchem i pożarem spowodowanym nadmierną temperaturą wewnętrzną lub ciśnieniem; ustawienie rozsądnego urządzenia nadmiarowego ciśnieniowego może szybko obniżyć ciśnienie i ciepło wewnątrz akumulatora, gdy wystąpi niebezpieczeństwo, i zmniejszyć ryzyko wybuchu. Rozsądne urządzenie obniżające ciśnienie jest wymagane nie tylko do utrzymania wewnętrznego ciśnienia akumulatora podczas normalnej pracy, ale także do automatycznego otwierania i uwalniania ciśnienia, gdy ciśnienie wewnętrzne osiągnie niebezpieczną granicę. Pozycja ustawienia urządzenia ograniczającego ciśnienie musi uwzględniać charakterystykę odkształcenia skorupy akumulatora w wyniku wzrostu ciśnienia wewnętrznego. Konstrukcja zaworu bezpieczeństwa może być realizowana przez cienkie blachy, krawędzie, szwy i zadrapania.
(3) poprawić poziom technologii.
Staraj się wykonać dobrą robotę w zakresie standaryzacji i standaryzacji procesu produkcji baterii. Na etapach mieszania, powlekania, pieczenia, zagęszczania, cięcia i nawijania, standaryzacji (np. wykonuj dobrą robotę w kontroli procesu, zapewnij jakość procesu i zmniejsz różnice między produktami. W kluczowych krokach mających wpływ na bezpieczeństwo ustanowić specjalne kroki (takie jak depolaryzacja zadziorów, zamiatanie proszku, stosowanie różnych metod spawania dla różnych materiałów itp.), wdrożyć znormalizowaną kontrolę jakości, wyeliminować wadliwe części, wyeliminować wadliwe produkty (takie jak deformacja elektrody, przebicie membrany, wyciek materiału aktywnego i wyciek elektrolitu itp.).