טכנולוגיית סיכון ובטיחות של סוללת ליתיום יון (2)

3. טכנולוגיית אבטחה

למרות שלסוללות ליתיום יון יש סכנות נסתרות רבות, בתנאי שימוש ספציפיים ובאמצעים מסוימים, הן יכולות לשלוט ביעילות על התרחשותן של תגובות לוואי ותגובות אלימות בתאי הסוללה כדי להבטיח שימוש בטוח בהן.להלן מבוא קצר למספר טכנולוגיות בטיחות נפוצות עבור סוללות ליתיום יון.

（1） בחר חומרי גלם עם מקדם בטיחות גבוה יותר

ייבחרו חומרים פעילים קוטביים חיוביים ושליליים, חומרי דיאפרגמה ואלקטרוליטים בעלי מקדם בטיחות גבוה יותר.

א) בחירת חומר חיובי

הבטיחות של חומרי הקתודה מבוססת בעיקר על שלושת ההיבטים הבאים:

1. יציבות תרמודינמית של חומרים;

2. יציבות כימית של חומרים;

3. תכונות פיזיקליות של חומרים.

ב) בחירת חומרי דיאפרגמה

תפקידה העיקרי של הסרעפת הוא להפריד בין האלקטרודות החיוביות והשליליות של הסוללה, למנוע קצר חשמלי הנגרם ממגע בין האלקטרודות החיוביות והשליליות, ולאפשר מעבר של יוני אלקטרוליט, כלומר יש לה בידוד אלקטרוני ויון. מוֹלִיכוּת.יש לשים לב לנקודות הבאות בעת בחירת הדיאפרגמה לסוללות ליתיום יון:

1. יש לו בידוד אלקטרוני כדי להבטיח את הבידוד המכני של אלקטרודות חיוביות ושליליות;

2. יש לו צמצם ונקבוביות מסוימים כדי להבטיח התנגדות נמוכה ומוליכות יונית גבוהה;

3. לחומר הסרעפת יהיה יציבות כימית מספקת ועליו להיות עמיד בפני קורוזיה אלקטרוליטים;

4. לסרעפת תהיה פונקציה של הגנת כיבוי אוטומטי;

5. ההתכווצות התרמית והעיוות של הדיאפרגמה יהיו קטנים ככל האפשר;

6. לסרעפת תהיה עובי מסוים;

7. לסרעפת תהיה חוזק פיזי חזק ועמידות מספקת לנקב.

ג) בחירת אלקטרוליט

אלקטרוליט הוא חלק חשוב בסוללת ליתיום יון, הממלאת את התפקיד של העברת והולכת זרם בין האלקטרודות החיוביות והשליליות של הסוללה.האלקטרוליט המשמש בסוללות ליתיום יון הוא תמיסת אלקטרוליט שנוצרה על ידי המסת מלחי ליתיום מתאימים בממיסים מעורבים אפרוטיים אורגניים.בדרך כלל הוא יעמוד בדרישות הבאות:

1. יציבות כימית טובה, אין תגובה כימית עם חומר פעיל אלקטרודה, נוזל אספן וסרעפת;

2. יציבות אלקטרוכימית טובה, עם חלון אלקטרוכימי רחב;

3. מוליכות יון ליתיום גבוהה ומוליכות אלקטרונית נמוכה;

4. מגוון רחב של טמפרטורת נוזל;

5. זה בטוח, לא רעיל וידידותי לסביבה.

(2) לחזק את עיצוב הבטיחות הכולל של התא

תא הסוללה הוא החוליה המשלבת חומרים שונים של הסוללה, ושילוב של קוטב חיובי, קוטב שלילי, דיאפרגמה, זיז וסרט אריזה.העיצוב של מבנה התא משפיע לא רק על הביצועים של חומרים שונים, אלא גם בעל השפעה חשובה על הביצועים האלקטרוכימיים הכוללים וביצועי הבטיחות של הסוללה.בחירת החומרים ועיצוב מבנה הליבה הם רק סוג של יחס בין המקומי למכלול.בתכנון הליבה, יש לנסח את מצב המבנה הסביר בהתאם למאפייני החומר.

בנוסף, ניתן לשקול כמה התקני הגנה נוספים עבור מבנה סוללת הליתיום.מנגנוני הגנה נפוצים הם כדלקמן:

א) אלמנט המתג מאומץ.כאשר הטמפרטורה בתוך הסוללה עולה, ערך ההתנגדות שלה יעלה בהתאם.כאשר הטמפרטורה גבוהה מדי, אספקת החשמל תופסק אוטומטית;

ב) הגדר שסתום בטיחות (כלומר, פתח האוורור בחלק העליון של המצבר).כאשר הלחץ הפנימי של המצבר עולה לערך מסוים, שסתום הבטיחות ייפתח אוטומטית כדי להבטיח את בטיחות המצבר.

להלן כמה דוגמאות לתכנון הבטיחות של מבנה הליבה החשמלית:

1. יחס קיבולת מוט חיובי ושלילי ופרוסת גודל עיצוב

בחר יחס קיבולת מתאים של אלקטרודות חיוביות ושליליות בהתאם למאפיינים של חומרי אלקטרודה חיוביים ושליליים.היחס בין קיבולת האלקטרודה החיובית והשלילית של התא הוא חוליה חשובה הקשורה לבטיחות סוללות ליתיום יון.אם קיבולת האלקטרודה החיובית גדולה מדי, ליתיום מתכת יישקע על פני האלקטרודה השלילית, בעוד שאם קיבולת האלקטרודה השלילית גדולה מדי, קיבולת הסוללה תאבד מאוד.בדרך כלל, N/P=1.05-1.15, והבחירה המתאימה תיעשה בהתאם לקיבולת הסוללה בפועל ולדרישות הבטיחות.חלקים גדולים וקטנים יעוצבו כך שמיקום המשחה השלילית (חומר פעיל) יקיף (עולה) את מיקומו של המשחה החיובית.בדרך כלל, הרוחב יהיה גדול ב-1~5 מ"מ והאורך יהיה גדול ב-5~10 מ"מ.

2. הנחה לרוחב הסרעפת

העיקרון הכללי של עיצוב רוחב הסרעפת הוא מניעת קצר חשמלי פנימי הנגרם ממגע ישיר בין אלקטרודות חיוביות ושליליות.מכיוון שההתכווצות התרמית של הסרעפת גורמת לעיוות של הסרעפת בכיוון האורך והרוחב במהלך טעינה ופריקה של הסוללה ותחת הלם תרמי וסביבות אחרות, הקיטוב של האזור המקופל של הדיאפרגמה גדל עקב הגדלת המרחק בין חיובי ואלקטרודות שליליות;האפשרות לקצר מיקרו באזור המתיחה של הסרעפת מוגברת עקב הידלדלות הסרעפת;התכווצות בקצה הסרעפת עלולה להוביל למגע ישיר בין האלקטרודות החיוביות והשליליות ולקצר פנימי, מה שעלול לגרום לסכנה עקב בריחת תרמית של הסוללה.לכן בעת ​​תכנון המצבר יש לקחת בחשבון את מאפייני הכיווץ שלו בשימוש בשטח וברוחב הסרעפת.סרט הבידוד צריך להיות גדול יותר מהאנודה והקתודה.בנוסף לשגיאת התהליך, סרט הבידוד חייב להיות ארוך לפחות ב-0.1 מ"מ מהצד החיצוני של חלק האלקטרודה.

3. טיפול בידוד

קצר חשמלי פנימי הוא גורם חשוב בסכנה הבטיחותית הפוטנציאלית של סוללת ליתיום-יון.ישנם חלקים מסוכנים רבים שגורמים לקצר פנימי בתכנון המבני של התא.לכן, יש להגדיר אמצעים או בידוד נחוצים בעמדות מפתח אלו כדי למנוע קצר חשמלי פנימי בסוללה בתנאים חריגים, כגון שמירה על מרווח הכרחי בין אוזני האלקטרודה החיובית והשלילית;סרט בידוד יודבק במיקום ללא הדבק באמצע הקצה הבודד, וכל החלקים החשופים יהיו מכוסים;סרט בידוד יודבק בין רדיד אלומיניום חיובי לחומר פעיל שלילי;חלק הריתוך של הזיז יהיה מכוסה לחלוטין בסרט בידוד;סרט בידוד משמש בחלק העליון של הליבה החשמלית.

4. הגדרת שסתום בטיחות (מכשיר לשחרור לחץ)

סוללות ליתיום יון מסוכנות, בדרך כלל בגלל שהטמפרטורה הפנימית גבוהה מדי או שהלחץ גבוה מדי כדי לגרום לפיצוץ ולשריפה;מתקן שחרור הלחץ הסביר יכול לשחרר במהירות את הלחץ והחום בתוך הסוללה במקרה של סכנה, ולהפחית את סכנת הפיצוץ.התקן שחרור הלחץ הסביר לא רק יעמוד בלחץ הפנימי של הסוללה במהלך פעולה רגילה, אלא גם ייפתח אוטומטית כדי לשחרר את הלחץ כאשר הלחץ הפנימי יגיע לגבול הסכנה.מיקום ההגדרה של התקן שחרור הלחץ יתוכנן בהתחשב במאפייני העיוות של מעטפת הסוללה עקב עליית הלחץ הפנימי;ניתן לממש את העיצוב של שסתום הבטיחות על ידי נתזים, קצוות, תפרים וחריצים.

(3) שפר את רמת התהליך

יש לעשות מאמצים לסטנדרטיזציה וסטנדרטיזציה של תהליך הייצור של התא.בשלבי ערבוב, ציפוי, אפייה, דחיסה, חיתוך וליפוף, נסחו סטנדרטיזציה (כגון רוחב דיאפרגמה, נפח הזרקת אלקטרוליט וכו'), שפר את אמצעי התהליך (כגון שיטת הזרקה בלחץ נמוך, שיטת אריזה צנטריפוגלית וכו'). , לעשות עבודה טובה בבקרת תהליכים, להבטיח איכות תהליך ולצמצם את ההבדלים בין המוצרים;קבעו שלבי עבודה מיוחדים בשלבי מפתח המשפיעים על הבטיחות (כגון שחרור חלקי אלקטרודה, טאטוא אבקה, שיטות ריתוך שונות לחומרים שונים וכו'), הטמעו ניטור איכות סטנדרטי, ביטול חלקים פגומים וביטול מוצרים פגומים (כגון דפורמציה של חלק אלקטרודה, ניקוב דיאפרגמה, נפילת חומר פעיל, דליפת אלקטרוליטים וכו');שמרו על אתר הייצור נקי ומסודר, הטמיעו ניהול 5S ובקרת איכות 6 סיגמא, מונעים זיהומים ולחות מהתערבות בייצור וממזערים את ההשפעה של תאונות בייצור על הבטיחות.