I. o perigo das baterias de íons de lítio.

A bateria de íons de lítio é uma fonte de energia química potencialmente perigosa devido às suas próprias características químicas e composição do sistema.

(1) alta atividade química.
O lítio é o principal elemento do grupo do segundo ciclo da tabela periódica, que possui propriedades químicas extremamente ativas.

(2) Alta densidade de energia.
A energia específica da bateria de íons de lítio é extremamente alta (≥ 140Wh/kg), que é várias vezes maior do que a de Ni-CD, Ni-MH e outras baterias secundárias. Se a reação de fuga térmica ocorrer, ela emitirá alto calor e facilmente levará a um comportamento inseguro.

(3) usando sistema de eletrólito orgânico.
O solvente orgânico do sistema de eletrólito orgânico é hidrocarboneto, a tensão de decomposição é baixa, é fácil de oxidar e o solvente é inflamável; se ocorrer vazamento, isso fará com que a bateria pegue fogo, até mesmo queime e exploda.

(4) a probabilidade de reação colateral é alta.
Durante o uso normal da bateria de íons de lítio, há uma reação química positiva entre a energia elétrica e a energia química. No entanto, sob algumas condições, como sobrecarga, descarga excessiva ou trabalho de sobrecorrente, isso levará facilmente a uma reação química lateral dentro da bateria; após a intensificação da reação lateral, afetará seriamente o desempenho e a vida útil da bateria e poderá produzir uma grande quantidade de gás, o que levará a problemas de segurança causados ​​por explosão e incêndio após o rápido aumento da pressão dentro da bateria .

(5) a estrutura do material do eletrodo é instável.

A reação de sobrecarga da bateria de íons de lítio mudará a estrutura do material do cátodo e fará com que o material tenha um forte efeito de oxidação, de modo que o solvente no eletrólito seja fortemente oxidado, e esse efeito é irreversível. Se o calor causado pela reação se acumular, há risco de descontrole térmico.

II. análise de causa de problemas de segurança de produtos de bateria de íon de lítio.
Após 30 anos de desenvolvimento industrial, a tecnologia de segurança da bateria de íons de lítio fez grandes progressos, o que efetivamente controla a ocorrência de reações colaterais na bateria e garante a segurança da bateria. No entanto, com o uso cada vez mais extensivo de baterias de íon-lítio e maior densidade de energia, ainda há incidentes repetidos, como lesões por explosão ou recall de produtos devido a riscos de segurança nos últimos anos. Resumimos as principais razões para os problemas de segurança dos produtos de bateria de íon-lítio:

(1) o problema do material da célula.
Os materiais usados ​​na bateria incluem: material ativo positivo, material ativo negativo, diafragma, eletrólito e invólucro, etc. o desempenho de segurança da célula é determinado pela seleção de materiais e pela correspondência do sistema. Na seleção de materiais ativos positivos e negativos e materiais de diafragma, os fabricantes não avaliaram as características e compatibilidade das matérias-primas, resultando em deficiências congênitas na segurança do núcleo.

(2) problemas no processo de produção.
A inspeção negligente das matérias-primas das células e o ambiente de produção ruim levam à mistura de impurezas na produção, o que não é apenas desvantajoso para a capacidade da bateria, mas também tem um grande impacto na segurança da bateria; além disso, se muita água for misturada ao eletrólito, pode ocorrer uma reação lateral para aumentar a pressão interna da bateria, o que afetará a segurança. Devido à limitação do processo de produção, os produtos não conseguem atingir uma boa consistência no processo de produção do eletrodo. por exemplo, baixa lisura da matriz do eletrodo, desprendimento do material ativo do eletrodo, mistura de outras impurezas no material ativo, temperatura de soldagem instável, rebarbas na borda do eletrodo e não uso de fita isolante em peças-chave podem afetar adversamente a segurança do núcleo.

(3) o defeito de design da bateria, o desempenho de segurança é reduzido.
No projeto estrutural, muitos pontos-chave que afetam a segurança não foram prestados atenção pelos fabricantes, como nenhuma fita isolante em peças-chave, nenhuma margem ou margem insuficiente no projeto do diafragma, projeto irracional de relação de capacidade de eletrodo positivo e negativo, projeto irracional de positivo e taxa de área de material ativo negativo, design irracional do comprimento da orelha do pólo, etc., tudo isso pode ocultar perigos ocultos para a segurança da bateria. Além disso, no processo de produção de células, alguns fabricantes de baterias tentam economizar e comprimir matérias-primas para economizar custos e melhorar o desempenho, como reduzir a área do diafragma, afinar a folha de cobre, folha de alumínio e não usar válvula de alívio de pressão, fita isolante e assim por diante. tudo isso reduzirá a segurança da bateria.

(4)a densidade de energia é muito alta.
Atualmente, o mercado está em busca de produtos de bateria de maior capacidade, os fabricantes, a fim de aumentar a competitividade dos produtos, continuam a melhorar o volume específico de energia das baterias de íon-lítio, o que aumenta muito o risco das baterias.

III. Tecnologia de segurança.
Embora a bateria de íon-lítio tenha muitos perigos ocultos, sob condições específicas de uso, a adoção de certas medidas pode efetivamente controlar a ocorrência de reações colaterais e reações graves na célula e garantir seu uso seguro. A seguir, uma breve introdução a várias tecnologias de segurança comumente usadas para baterias de íon-lítio.

1> escolha matérias-primas com maior fator de segurança.
Escolha materiais ativos positivos e negativos, materiais de diafragma e eletrólitos com maior fator de segurança.
A) seleção de materiais de cátodo.
A segurança dos materiais do cátodo baseia-se principalmente nos três aspectos a seguir:
(1) Estabilidade termodinâmica dos materiais.
(2) estabilidade química dos materiais.
(3) propriedades físicas do material.

B) seleção de materiais de diafragma.
A principal função do diafragma é separar os eletrodos positivos e negativos da bateria, evitar que os eletrodos positivos e negativos entrem em contato e causem curto-circuito, além de ter a capacidade de fazer passar os íons do eletrólito, ou seja, isolamento eletrônico e condutividade iônica . Os seguintes pontos devem ser observados ao escolher diafragmas para baterias de íon-lítio:
(1) possui isolamento eletrônico para garantir o isolamento mecânico dos eletrodos positivos e negativos.
(2) tem um certo diâmetro de poro e porosidade para garantir baixa resistência e alta condutividade iônica.
(3)O material do diafragma tem estabilidade química suficiente e deve ser resistente à corrosão eletrolítica.
(4) o diafragma deve ter a função de proteção de desligamento automático.
(5) o encolhimento térmico e a deformação do diafragma devem ser os menores possíveis.
(6) o diafragma deve ter uma certa espessura.
(7) o diafragma deve ter força física forte e capacidade anti-punção forte o suficiente.

C) seleção de eletrólitos.
O eletrólito é uma parte importante da bateria de íons de lítio, que transmite e conduz corrente entre os eletrodos positivos e negativos da bateria de íons de lítio. O eletrólito usado na bateria de íon-lítio é uma solução eletrolítica formada pela dissolução do sal de lítio apropriado em um solvente misto orgânico sem prótons. Geralmente deve atender aos seguintes requisitos:
(1) boa estabilidade química, sem reação química com material ativo de eletrodo, coletor de corrente e diafragma.
(2) boa estabilidade eletroquímica e ampla janela eletroquímica.
(3) Alta condutividade de íons de lítio e baixa condutividade eletrônica.
(4) ampla faixa de temperatura do líquido.
(5) seguro, não tóxico e amigável ao meio ambiente.

Fortalecer o design geral de segurança da célula.
A bateria é o elo que combina todos os tipos de materiais da bateria, e é a integração do eletrodo positivo, eletrodo negativo, diafragma, orelha do eletrodo e filme de embalagem e assim por diante. O design da estrutura da bateria não afeta apenas o desempenho de vários materiais, mas também tem um impacto importante no desempenho eletroquímico geral e no desempenho de segurança da bateria. A seleção de materiais e o desenho da estrutura celular é uma espécie de relação entre a parte e o todo. No projeto da bateria, um modo de estrutura razoável deve ser estabelecido de acordo com as características do material.

Além disso, alguns dispositivos de proteção adicionais podem ser considerados na estrutura da bateria de lítio. os projetos comuns do mecanismo de proteção são os seguintes: 1 o elemento do interruptor é usado e sua resistência aumenta quando a temperatura na bateria aumenta e, quando a temperatura é muito alta, interrompe automaticamente o fornecimento de energia. (2) configure a válvula de segurança (ou seja, a ventilação na parte superior da bateria). Quando a pressão interna da bateria atinge um determinado valor, a válvula de segurança abre automaticamente para garantir a segurança da bateria.

A seguir estão alguns exemplos do projeto de segurança da estrutura do núcleo:
A) taxa de capacidade de eletrodos positivos e negativos e tamanho do projeto.
A proporção apropriada de capacidade de eletrodo positivo e negativo é selecionada de acordo com as características dos materiais de eletrodo positivo e negativo. a relação entre a capacidade do eletrodo positivo e negativo é um elo importante relacionado à segurança da bateria de íon de lítio. se a capacidade positiva for muito grande, o lítio metálico será depositado na superfície do eletrodo negativo. a capacidade da bateria com eletrodo negativo muito grande terá uma grande perda. Em geral, N/P=1,05~1,15, e faça as escolhas apropriadas de acordo com a capacidade real da bateria e os requisitos de segurança. O tamanho do filme é projetado para que a posição da pasta negativa (material ativo) seja maior que a da pasta positiva, a largura deve ser 1 mm maior e o comprimento deve ser 5 mm maior.
B) existe uma margem na largura do diafragma.
O princípio geral do projeto da largura do diafragma é evitar o curto-circuito interno causado pelo contato direto dos eletrodos positivo e negativo. O encolhimento térmico do diafragma leva à deformação do diafragma na direção do comprimento e da largura durante a carga e descarga da bateria e no ambiente de choque térmico. A área da dobra do diafragma aumenta a polarização devido ao aumento da distância entre os eletrodos positivo e negativo, e a área da tensão do diafragma aumenta a possibilidade de microcurto devido ao afinamento do diafragma. A contração da área da borda do diafragma pode levar a um curto-circuito interno causado pelo contato direto entre os eletrodos positivo e negativo, o que pode tornar a bateria perigosa devido ao descontrole térmico. Portanto, ao projetar a bateria, as características de encolhimento do diafragma devem ser consideradas no uso da área e largura do diafragma, e o separador é maior que o ânodo e o cátodo. Considerando que além do erro de processo, o filme isolante deve ser pelo menos 0,1mm maior que a parte externa do eletrodo.
C) Tratamento de isolamento.
O curto-circuito interno é um fator importante no perigo oculto de segurança da bateria de íon de lítio. existem muitos locais perigosos em potencial que causam curto-circuito interno no projeto estrutural da bateria de íon de lítio; portanto, as medidas necessárias ou o isolamento devem ser configurados nesses locais principais. a fim de evitar a ocorrência de curto-circuito na bateria em circunstâncias anormais, como manter a distância necessária entre os ouvidos positivo e negativo. A fita isolante deve ser afixada na posição intermediária sem cola do lado final e todas as partes expostas devem ser enroladas; fita isolante deve ser colada entre a folha de alumínio positiva e o material ativo negativo; a parte de soldagem da orelha do eletrodo deve ser totalmente coberta com fita isolante; a parte superior do núcleo deve ser coberta com fita isolante, etc.
D) configurar válvula de segurança (dispositivo de alívio de pressão).
O perigo da bateria de íons de lítio geralmente é causado por explosão e incêndio causados ​​por temperatura ou pressão interna excessiva; configurar um dispositivo de alívio de pressão razoável pode liberar rapidamente a pressão e o calor dentro da bateria quando o perigo ocorre e reduz o risco de explosão. Um dispositivo de alívio de pressão razoável é necessário não apenas para atender à pressão interna da bateria quando ela estiver funcionando normalmente, mas também para abrir e liberar automaticamente a pressão quando a pressão interna atingir o limite perigoso. A posição de ajuste do dispositivo de alívio de pressão precisa considerar as características de deformação do invólucro da bateria devido ao aumento da pressão interna. O design da válvula de segurança pode ser realizado por folhas finas, bordas, costuras e arranhões.
(3) melhorar o nível de tecnologia.
Esforce-se para fazer um bom trabalho na padronização e padronização do processo de produção de baterias. Nas etapas de mistura, revestimento, cozimento, compactação, corte e enrolamento, padronize (como largura do diafragma, injeção de eletrólito, etc.), melhore os meios de processo (como método de injeção de líquido de baixa pressão, método de invólucro centrífugo, etc.), fazer um bom trabalho no controle do processo, garantir a qualidade do processo e reduzir as diferenças entre os produtos. Nas principais etapas que afetam a segurança, estabeleça etapas especiais (como rebarba despolarizante, varredura em pó, uso de diferentes métodos de soldagem para diferentes materiais, etc.), implemente controle de qualidade padronizado, elimine peças defeituosas, elimine produtos defeituosos (como deformação de eletrodo, perfuração do diafragma, derramamento de material ativo e vazamento de eletrólito, etc.).