3. Sicherheitstechnik
Obwohl Lithium-Ionen-Batterien viele versteckte Gefahren bergen, können sie unter bestimmten Einsatzbedingungen und mit bestimmten Maßnahmen das Auftreten von Nebenreaktionen und heftigen Reaktionen in den Batteriezellen wirksam kontrollieren, um ihre sichere Verwendung zu gewährleisten.Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in mehrere häufig verwendete Sicherheitstechnologien für Lithium-Ionen-Batterien.
(1) Wählen Sie Rohstoffe mit höherem Sicherheitsfaktor
Es sind positiv und negativ polare Aktivmaterialien, Diaphragmamaterialien und Elektrolyte mit höherem Sicherheitsfaktor auszuwählen.
a) Auswahl von Positivmaterial
Die Sicherheit von Kathodenmaterialien basiert hauptsächlich auf den folgenden drei Aspekten:
1. Thermodynamische Stabilität von Materialien;
2. Chemische Stabilität von Materialien;
3. Physikalische Eigenschaften von Materialien.
b) Auswahl der Membranmaterialien
Die Hauptfunktion der Membran besteht darin, die positiven und negativen Elektroden der Batterie zu trennen, einen durch Kontakt zwischen den positiven und negativen Elektroden verursachten Kurzschluss zu verhindern und den Durchgang von Elektrolytionen zu ermöglichen, d. h. sie verfügt über eine elektronische Isolierung und Ionen Leitfähigkeit.Bei der Auswahl der Membran für Lithium-Ionen-Batterien sind folgende Punkte zu beachten:
1. Es verfügt über eine elektronische Isolierung, um die mechanische Isolierung der positiven und negativen Elektroden sicherzustellen.
2. Es verfügt über eine bestimmte Öffnung und Porosität, um einen geringen Widerstand und eine hohe Ionenleitfähigkeit zu gewährleisten.
3. Das Membranmaterial muss eine ausreichende chemische Stabilität aufweisen und beständig gegen Elektrolytkorrosion sein;
4. Die Membran muss die Funktion eines automatischen Abschaltschutzes haben;
5. Die thermische Schrumpfung und Verformung der Membran muss so gering wie möglich sein.
6. Die Membran muss eine bestimmte Dicke haben;
7. Das Diaphragma muss eine starke physikalische Festigkeit und eine ausreichende Durchstoßfestigkeit aufweisen.
c) Auswahl des Elektrolyten
Elektrolyt ist ein wichtiger Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien, der die Aufgabe hat, Strom zwischen den positiven und negativen Elektroden der Batterie zu übertragen und zu leiten.Der in Lithium-Ionen-Batterien verwendete Elektrolyt ist eine Elektrolytlösung, die durch Auflösen geeigneter Lithiumsalze in organischen aprotischen Lösungsmittelgemischen entsteht.Es muss grundsätzlich folgende Anforderungen erfüllen:
1. Gute chemische Stabilität, keine chemische Reaktion mit der aktiven Substanz der Elektrode, der Kollektorflüssigkeit und dem Diaphragma;
2. Gute elektrochemische Stabilität mit einem breiten elektrochemischen Fenster;
3. Hohe Lithiumionenleitfähigkeit und niedrige elektronische Leitfähigkeit;
4. Großer Flüssigkeitstemperaturbereich;
5. Es ist sicher, ungiftig und umweltfreundlich.
(2) Stärkung des gesamten Sicherheitsdesigns der Zelle
Die Batteriezelle ist das Bindeglied zwischen verschiedenen Materialien der Batterie und der Integration von Pluspol, Minuspol, Membran, Öse und Verpackungsfolie.Das Design der Zellstruktur beeinflusst nicht nur die Leistung verschiedener Materialien, sondern hat auch einen wichtigen Einfluss auf die gesamte elektrochemische Leistung und Sicherheitsleistung der Batterie.Die Auswahl der Materialien und die Gestaltung der Kernstruktur sind lediglich eine Art Beziehung zwischen dem Lokalen und dem Ganzen.Bei der Gestaltung des Kerns sollte der sinnvolle Strukturmodus entsprechend den Materialeigenschaften formuliert werden.
Darüber hinaus können einige zusätzliche Schutzvorrichtungen für den Lithiumbatterieaufbau in Betracht gezogen werden.Gängige Schutzmechanismen sind wie folgt:
a) Das Schaltelement wird übernommen.Wenn die Temperatur im Inneren der Batterie steigt, erhöht sich auch ihr Widerstandswert.Wenn die Temperatur zu hoch ist, wird die Stromversorgung automatisch gestoppt;
b) Stellen Sie ein Sicherheitsventil ein (d. h. die Entlüftungsöffnung oben an der Batterie).Wenn der Innendruck der Batterie auf einen bestimmten Wert ansteigt, öffnet sich das Sicherheitsventil automatisch, um die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten.
Hier einige Beispiele für die Sicherheitskonstruktion der elektrischen Kernstruktur:
1. Positives und negatives Polkapazitätsverhältnis und Designgrößenscheibe
Wählen Sie das geeignete Kapazitätsverhältnis der positiven und negativen Elektroden entsprechend den Eigenschaften der positiven und negativen Elektrodenmaterialien.Das Verhältnis der positiven und negativen Elektrodenkapazität der Zelle ist ein wichtiger Zusammenhang mit der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien.Wenn die Kapazität der positiven Elektrode zu groß ist, lagert sich metallisches Lithium auf der Oberfläche der negativen Elektrode ab, während bei einer zu großen Kapazität der negativen Elektrode die Kapazität der Batterie stark verloren geht.Im Allgemeinen gilt N/P = 1,05–1,15, und die entsprechende Auswahl muss entsprechend der tatsächlichen Batteriekapazität und den Sicherheitsanforderungen getroffen werden.Große und kleine Stücke müssen so gestaltet sein, dass die Position der negativen Paste (Wirkstoff) die Position der positiven Paste umschließt (übersteigt).Im Allgemeinen sollte die Breite 1 bis 5 mm größer und die Länge 5 bis 10 mm größer sein.
2. Berücksichtigung der Membranbreite
Das allgemeine Prinzip der Membranbreitenkonstruktion besteht darin, einen internen Kurzschluss zu verhindern, der durch direkten Kontakt zwischen positiven und negativen Elektroden verursacht wird.Da die thermische Schrumpfung der Membran während des Ladens und Entladens der Batterie sowie unter Temperaturschock und anderen Umgebungsbedingungen zu einer Verformung der Membran in Längs- und Breitenrichtung führt, nimmt die Polarisation des gefalteten Bereichs der Membran aufgrund der Vergrößerung des Abstands zwischen den Pluspunkten zu und negative Elektroden;Die Möglichkeit eines Mikrokurzschlusses im Dehnungsbereich des Diaphragmas wird durch die Verdünnung des Diaphragmas erhöht;Eine Schrumpfung am Rand der Membran kann zu einem direkten Kontakt zwischen den positiven und negativen Elektroden und einem internen Kurzschluss führen, was zu einer Gefahr durch thermisches Durchgehen der Batterie führen kann.Daher müssen bei der Konstruktion der Batterie deren Schrumpfungseigenschaften bei der Nutzung der Fläche und Breite der Membran berücksichtigt werden.Der Isolationsfilm sollte größer sein als Anode und Kathode.Zusätzlich zum Prozessfehler muss die Isolationsfolie mindestens 0,1 mm länger sein als die Außenseite des Elektrodenstücks.
3. Isolationsbehandlung
Ein interner Kurzschluss ist ein wichtiger Faktor für das potenzielle Sicherheitsrisiko von Lithium-Ionen-Batterien.Es gibt viele potenziell gefährliche Teile, die einen internen Kurzschluss im Strukturdesign der Zelle verursachen können.Daher sollten an diesen Schlüsselpositionen die notwendigen Maßnahmen oder Isolierungen vorgenommen werden, um einen internen Kurzschluss in der Batterie unter anormalen Bedingungen zu verhindern, wie z. B. die Einhaltung des erforderlichen Abstands zwischen den positiven und negativen Elektrodenohren;Das Isolierband muss an der nicht geklebten Stelle in der Mitte des einzelnen Endes angebracht werden und alle freiliegenden Teile müssen abgedeckt werden.Isolierband muss zwischen positiver Aluminiumfolie und negativem Wirkstoff geklebt werden;Der Schweißteil der Lasche muss vollständig mit Isolierband abgedeckt werden;Auf der Oberseite des Elektrokerns wird Isolierband verwendet.
4.Sicherheitsventil (Druckbegrenzungseinrichtung) einstellen
Lithium-Ionen-Batterien sind gefährlich, meist weil die Innentemperatur zu hoch oder der Druck zu hoch ist, um Explosionen und Brände zu verursachen;Die angemessene Druckentlastungseinrichtung kann im Gefahrenfall den Druck und die Hitze im Inneren der Batterie schnell abbauen und das Explosionsrisiko verringern.Die angemessene Druckentlastungsvorrichtung muss nicht nur den Innendruck der Batterie während des Normalbetriebs erfüllen, sondern sich auch automatisch öffnen, um den Druck abzulassen, wenn der Innendruck die Gefahrengrenze erreicht.Die Einstellposition der Druckentlastungsvorrichtung muss unter Berücksichtigung der Verformungseigenschaften des Batteriegehäuses aufgrund des Anstiegs des Innendrucks ausgelegt werden.Das Design des Sicherheitsventils kann durch Flocken, Kanten, Nähte und Kerben realisiert werden.
(3) Prozessebene verbessern
Es sollten Anstrengungen unternommen werden, den Produktionsprozess der Zelle zu standardisieren und zu standardisieren.Formulieren Sie in den Schritten Mischen, Beschichten, Backen, Verdichten, Schlitzen und Wickeln eine Standardisierung (z. B. Membranbreite, Elektrolyteinspritzvolumen usw.) und verbessern Sie die Prozessmittel (z. B. Niederdruck-Injektionsverfahren, Zentrifugalpackungsverfahren usw.). , gute Arbeit bei der Prozesskontrolle leisten, die Prozessqualität sicherstellen und die Unterschiede zwischen Produkten verringern;Legen Sie in wichtigen Schritten, die sich auf die Sicherheit auswirken, spezielle Arbeitsschritte fest (z. B. Entgraten des Elektrodenstücks, Pulverfegen, unterschiedliche Schweißmethoden für unterschiedliche Materialien usw.), implementieren Sie eine standardisierte Qualitätsüberwachung, beseitigen Sie fehlerhafte Teile und beseitigen Sie fehlerhafte Produkte (z. B. Verformung von Elektrodenstück, Membrandurchstoß, Abfall des aktiven Materials, Elektrolytaustritt usw.);Halten Sie den Produktionsstandort sauber und ordentlich, implementieren Sie das 5S-Management und die 6-Sigma-Qualitätskontrolle, verhindern Sie die Vermischung von Verunreinigungen und Feuchtigkeit in der Produktion und minimieren Sie die Auswirkungen von Unfällen in der Produktion auf die Sicherheit.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. November 2022