Lityum batareyalar xavfsizligi texnologiyasini uchta jihatdan tushuning: material, dizayn va jarayon
Lityum-ionli batareyalar xavfi
Lityum-ion batareyalar kimyoviy xususiyatlari va tizim tarkibi tufayli potentsial xavfli kimyoviy quvvat manbai hisoblanadi.
(1). Yuqori kimyoviy faollik
Litiy elementlar davriy sistemasining ikkinchi davridagi asosiy I guruh elementi boʻlib, nihoyatda faol kimyoviy xossalarga ega.
(2). Yuqori energiya zichligi
Lityum-ion batareyalar juda yuqori o'ziga xos energiyaga ega (140 Vt / kg dan katta yoki teng), nikel-kadmiy va nikel-vodorod kabi ikkilamchi batareyalardan bir necha baravar yuqori. Termal qochib ketish reaktsiyasi issiqlikni chiqaradi va xavfli xatti-harakatlarga olib kelishi mumkin.
(3). Organik elektrolitlar tizimidan foydalanish
Organik elektrolitlar tizimining organik erituvchisi uglevodorod bo'lib, u past parchalanish kuchlanishiga ega va oksidlanishga moyil. Erituvchi ham yonuvchan; batareya oqish sodir bo'lsa, yonib ketadi, yonadi yoki portlaydi.
(4). Yon reaktsiyalarning yuqori ehtimoli
Lityum-ion batareyalardan normal foydalanish jarayonida elektr va kimyoviy energiya bir-biriga aylanadigan kimyoviy ijobiy reaktsiyalar ichkarida amalga oshiriladi. Biroq, haddan tashqari zaryadlash, haddan tashqari zaryadsizlanish yoki haddan tashqari oqim bilan ishlash kabi muayyan sharoitlarda batareyaning ichida kimyoviy yon reaktsiyalarni keltirib chiqarish oson. Ushbu nojo'ya reaktsiya kuchayganda, bu batareyaning ishlashi va xizmat qilish muddatiga jiddiy ta'sir qiladi. Ko'p miqdorda gaz ishlab chiqarilishi mumkin, bu esa batareya ichidagi bosimning tez ortishiga olib keladi va keyin portlashi va yong'in chiqishi, xavfsizlik bilan bog'liq muammolarni keltirib chiqaradi.
(5). Elektrod materialining tuzilishi beqaror
Lityum-ionli batareyalarning haddan tashqari zaryadlash reaktsiyasi katod materialining tuzilishini o'zgartiradi, bu materialning kuchli oksidlanish ta'siriga ega bo'lishiga va elektrolitdagi erituvchining kuchli oksidlanishga olib kelishiga olib keladi. bu ta'sir qaytarib bo'lmaydigan bo'lib, reaktsiya natijasida hosil bo'lgan issiqlik to'planib qolsa, termal qochib ketish xavfi mavjud.
Lityum-ion batareyalari mahsulotlarida xavfsizlik muammolari sabablarini tahlil qilish
30 yillik lityum-ionli batareyalar mahsulotlarini sanoat rivojlanishidan so'ng, xavfsizlik texnologiyasi katta muvaffaqiyatlarga erishdi, batareyada yon reaktsiyalar paydo bo'lishini samarali nazorat qiladi va batareya xavfsizligini ta'minlaydi. Biroq, lityum-ion batareyalar tobora kengroq qo'llanilishi va ularning energiya zichligi ortib borayotgani sababli, so'nggi yillarda portlashlar va jarohatlar yoki xavfsizlik xavfi tufayli mahsulotni qaytarib olish kabi hodisalar tez-tez sodir bo'ldi. Lityum-ionli batareyalar mahsulotlarida xavfsizlik muammolarini keltirib chiqaradigan asosiy sabablarni quyidagicha umumlashtiramiz:
1. Batareyaning asosiy moddiy muammolari
Batareya yadrosida ishlatiladigan materiallar musbat faol modda, salbiy faol modda, ajratuvchi, elektrolit va qobiq va boshqalarni o'z ichiga oladi. Materiallarni tanlash va tuzilgan tizimning mos kelishi batareya yadrosining xavfsizlik ko'rsatkichlarini aniqlaydi. Ijobiy va salbiy faol materiallar va ajratuvchi materiallarni tanlashda ishlab chiqaruvchi xom ashyoning xarakteristikalari va mosligini ma'lum bir baholashni o'tkazmadi, buning natijasida akkumulyator hujayralarining xavfsizligiga xos kamchiliklar mavjud.
2. Ishlab chiqarish jarayoni masalalari
Batareya hujayralarining xom ashyolari qat'iy sinovdan o'tkazilmaydi. Ishlab chiqarish muhiti yomon, bu ishlab chiqarishda aralashmalarning aralashishiga olib keladi, bu nafaqat batareyaning quvvatiga katta noqulaylik tug'diradi, balki batareyaning xavfsizligiga ham katta ta'sir ko'rsatadi; qo'shimcha ravishda, agar elektrolitga juda ko'p aralashsa Namlik batareyaning ichki bosimini oshirish uchun xavfsizlikka ta'sir qiladigan yon reaktsiyalarga olib kelishi mumkin; ishlab chiqarish jarayoni darajasidagi cheklovlar tufayli mahsulot batareya xujayralarini ishlab chiqarish jarayonida yaxshi mustahkamlikka erisha olmaydi, masalan, elektrod bazasining yomon tekisligi, elektrod faol moddalarining tushishi, faol materiallardagi boshqa aralashmalarning aralashishi kabi muammolar , zaif yorliqli payvandlash, beqaror payvandlash harorati, qutb qismlarining chetidagi burmalar va asosiy qismlarda izolyatsiyalovchi lentani ishlatmaslik batareya yadrosining xavfsizligiga ta'sir qilishi mumkin. salbiy ta'sir.
3. Batareya yadrosi dizayni nuqsonlari va xavfsizlik ko'rsatkichlarining pasayishi
Strukturaviy dizayn nuqtai nazaridan, xavfsizlikka ta'sir ko'rsatadigan ko'plab asosiy fikrlar ishlab chiqaruvchilar tomonidan jiddiy qabul qilinmaydi, masalan, asosiy qismlarda izolyatsion lentaning yo'qligi, ajratuvchi dizayni chekka qoldirmasdan yoki etarli darajada chekka, ijobiy va salbiy elektrod sig'imi. nisbati dizayni asossiz va elektrodning ijobiy va salbiy faoliyati Materiallar maydoni nisbati dizayni asossiz, yorliq uzunligi dizayni asossiz va hokazo, bu batareyaning xavfsizligi uchun yashirin xavf tug'dirishi mumkin. Bundan tashqari, batareya xujayralarini ishlab chiqarish jarayonida xarajatlarni tejash va ish faoliyatini yaxshilash uchun ba'zi batareya ishlab chiqaruvchilari xom ashyoni tejashga va siqishga harakat qilishadi, masalan, diafragma maydonini qisqartirish, mis folga va alyuminiy folga yupqalash va bosim o'tkazuvchi valflardan foydalanmaslik. va izolyatsion lentalar va boshqalar batareyaning xavfsizligini pasaytiradi.
4. Energiya zichligi juda yuqori
Bozor yuqori quvvatli akkumulyator mahsulotlarini qidirmoqda. Mahsulot raqobatbardoshligini oshirish uchun ishlab chiqaruvchilar lityum-ion batareyalarning hajmiga xos energiyani oshirishda davom etmoqdalar, bu esa batareyalar xavfini sezilarli darajada oshiradi.
Xavfsizlik texnologiyasi
Lityum-ion batareyalar ko'plab yashirin xavf-xatarlarga ega bo'lsa-da, foydalanishning o'ziga xos shartlari va muayyan choralarni ko'rish orqali hujayralardagi yon reaktsiyalar va zo'ravonlik reaktsiyalarining paydo bo'lishi ularning xavfsizligini ta'minlash uchun samarali nazorat qilinishi mumkin. Quyida lityum-ion batareyalar uchun bir nechta keng tarqalgan xavfsizlik texnologiyalari qisqacha tanishtiriladi.
Xavfsizlik koeffitsienti yuqori bo'lgan xom ashyoni tanlang
Ijobiy va salbiy faol materiallarni, ajratuvchi materiallarni va yuqori xavfsizlik omillariga ega elektrolitlarni tanlang.
a) Katodli materiallarni tanlash
Katod materiallarining xavfsizligi asosan quyidagi uchta jihatga asoslanadi:
1. Materialning termodinamik barqarorligi;
2. Materiallarning kimyoviy barqarorligi;
3. Materiallarning fizik xossalari.
b) Diafragma materiallarini tanlash
Separatorning asosiy vazifasi musbat va manfiy elektrodlarning aloqa qilishiga va qisqa tutashuvga olib kelishiga yo'l qo'ymaslik uchun batareyaning ijobiy va salbiy elektrodlarini ajratishdir. Shu bilan birga, u elektrolitlar ionlarini o'tkazish qobiliyatiga ega, ya'ni elektron izolyatsiya va ion o'tkazuvchanligiga ega. Lityum-ion batareyalar uchun ajratgichlarni tanlashda quyidagi fikrlarga e'tibor qaratish lozim:
1. Elektron izolyatsiyaga ega va ijobiy va salbiy elektrodlarning mexanik izolyatsiyasini ta'minlaydi;
2. Kam qarshilik va yuqori ion o'tkazuvchanligini ta'minlash uchun ma'lum bir gözenek hajmi va poroziteye ega;
3. Diafragma materiali etarli kimyoviy barqarorlikka ega va elektrolitlar korroziyasiga chidamli bo'lishi kerak;
4. Diafragma avtomatik o'chirishdan himoya qilish funktsiyasiga ega bo'lishi kerak;
5. Diafragmaning termal qisqarishi va deformatsiyalanishi imkon qadar kichik bo'lishi kerak;
6 Diafragma ma'lum bir qalinlikka ega bo'lishi kerak;
7 Diafragma kuchli jismoniy kuchga ega va teshilish uchun etarli qarshilikka ega bo'lishi kerak.
c) elektrolitlarni tanlash
Elektrolit lityum-ion batareyalarning muhim tarkibiy qismi bo'lib, batareyaning ijobiy va salbiy elektrodlari orasidagi oqimni tashish va o'tkazishda rol o'ynaydi. Lityum-ionli batareyalarda ishlatiladigan elektrolitlar organik aprotik aralash erituvchida tegishli lityum tuzini eritish natijasida hosil bo'lgan elektrolit eritmasidir. Odatda u quyidagi talablarga javob berishi kerak:
1. Yaxshi kimyoviy barqarorlik, elektrod faol moddalari, oqim kollektorlari va ajratgichlar bilan kimyoviy reaktsiya yo'q;
2. Yaxshi elektrokimyoviy barqarorlik va keng elektrokimyoviy oyna;
3 Lityum ionlari yuqori o'tkazuvchanlikka va past elektron o'tkazuvchanlikka ega;
4. Keng suyuqlik harorati diapazoni;
5. Xavfsiz, toksik bo'lmagan va ekologik toza.
Batareya hujayralarining umumiy xavfsizlik dizaynini mustahkamlang
Batareya yadrosi akkumulyatordagi turli materiallarni birlashtirgan havoladir. U musbat elektrod, salbiy elektrod, ajratuvchi, yorliq va qadoqlash plyonkasini birlashtiradi. Batareya yadrosining strukturaviy dizayni nafaqat turli materiallarning ishlashiga, balki batareyaning umumiy ishlashiga ham ta'sir qiladi. Elektrokimyoviy ishlash va xavfsizlik ko'rsatkichlari muhim ta'sir ko'rsatadi. Materiallarni tanlash va batareya yadrosining strukturaviy dizayni qisman va umumiy munosabatda. Moddiy xarakteristikalar oqilona strukturaviy modelni shakllantirish uchun batareya yadrosi dizaynida birlashtirilishi kerak.
Bundan tashqari, lityum batareyalar tuzilishida ba'zi qo'shimcha himoya vositalarini ham hisobga olish mumkin. Umumiy himoya mexanizmi dizaynlari quyidagilarni o'z ichiga oladi:
1. Kommutatsiya elementlaridan foydalanib, batareya ichidagi harorat ko'tarilganda, uning qarshiligi mos ravishda oshadi. Harorat juda yuqori bo'lsa, quvvat manbai avtomatik ravishda to'xtatiladi;
2. Xavfsizlik valfini o'rnating (batareyaning yuqori qismidagi shamollatish teshigi). Batareyaning ichki bosimi ma'lum bir qiymatga ko'tarilganda, xavfsizlik valfi uning xavfsizligini ta'minlash uchun avtomatik ravishda ochiladi.
Quyida akkumulyator xujayrasi konstruksiyalarining xavfsizlik dizayniga misollar keltirilgan:
a) Ijobiy va salbiy elektrodlarning sig'im nisbati va chipning dizayn hajmi
Ijobiy va salbiy elektrod materiallarining xususiyatlariga asoslanib, tegishli ijobiy va salbiy elektrod sig'im nisbatini tanlang. Batareya yadrosining ijobiy va salbiy elektrod quvvatlarining nisbati lityum-ion batareyaning xavfsizligi bilan bog'liq muhim aloqadir. Agar musbat elektrod sig'imi juda katta bo'lsa, salbiy elektrod yuzasida metall lityum paydo bo'ladi. cho'kma va agar salbiy elektrod juda katta bo'lsa, batareya quvvati katta yo'qotishlarga duchor bo'ladi. Umuman olganda, N/P=1.05~1,15 va tegishli tanlovlar haqiqiy batareya quvvati va xavfsizlik talablari asosida amalga oshiriladi. Buyumning o'lchamini shunday tuzingki, manfiy elektrod pastasi (faol material) musbat elektrod pastasi o'rnini qoplaydi (kattaroq). Odatda, kengligi 1 dan 5 mm gacha, uzunligi esa 5 dan 10 mm gacha kattaroq bo'lishi kerak.
b) Diafragma kengligi uchun ruxsat
Separator kengligi dizaynining umumiy printsipi ijobiy va salbiy elektrodlar o'rtasidagi to'g'ridan-to'g'ri aloqa natijasida yuzaga keladigan ichki qisqa tutashuvlarning oldini olishdir. Batareyani zaryadlash va tushirish jarayonida va termal zarba va boshqa muhitlarda separatorning termal qisqarishi tufayli separator uzunlik va kenglik yo'nalishlarida deformatsiyalanadi va ajratuvchi bo'ladi ajinlar maydoni ortib borayotganligi sababli polarizatsiyani oshiradi. musbat va salbiy elektrodlar orasidagi masofa; ajratgichning cho'zilgan maydoni ajratgichning yupqalanishi tufayli mikro qisqa tutashuv ehtimolini oshiradi; ajratuvchi chekka maydonining qisqarishi to'g'ridan-to'g'ri ijobiy va salbiy elektrodlarga olib kelishi mumkin ichki qisqa tutashuv aloqa tufayli yuzaga keladi, bu esa batareyaning termal qochib ketishi tufayli xavf ostida bo'lishiga olib keladi. Shuning uchun, batareyani loyihalashda, maydon va kenglikdan foydalanganda ajratgichning qisqarish xususiyatlarini hisobga olish kerak. Separator anod va katoddan kattaroqdir. Jarayondagi xatolarni hisobga olsak, izolyatsiya plyonkasi ustun qismining tashqi chetidan kamida 0,1 mm uzunroq bo'lishi kerak.
c) Izolyatsiya bilan ishlov berish
Ichki qisqa tutashuv lityum-ion batareyalar xavfsizligi xavfining muhim omilidir. Batareya xujayrasining strukturaviy dizaynida ko'plab potentsial xavfli qismlar ichki qisqa tutashuvlarga olib kelishi mumkin. Shuning uchun, g'ayritabiiy sharoitlarda ichki qisqa tutashuvlar paydo bo'lishining oldini olish uchun ushbu asosiy joylarda zarur choralar yoki izolyatsiyani o'rnatish kerak. Batareya ichida qisqa tutashuv sodir bo'lsa, masalan, ijobiy va salbiy elektrod quloqlari o'rtasida kerakli masofani saqlang; o'rtada pastadirsiz bir tomondan izolyatsiyalovchi lentani qo'llang va barcha ochiq qismlarni yoping; musbat alyuminiy folga va salbiy faol material o'rtasida izolyatsion lentani qo'llang; dastur Izolyatsiya qiluvchi lenta yorliqlarning barcha payvandlash qismlarini qoplaydi; batareya yadrosining yuqori qismida izolyatsion lenta ishlatiladi.
d) Xavfsizlik klapanini o'rnatish (bosim o'chirish moslamasi)
Lityum-ion batareyalar ko'pincha xavf ostida bo'ladi, chunki ichki harorat yoki bosim juda yuqori, portlash yoki yong'inga olib keladi; oqilona bosim o'chirish moslamasini o'rnatish xavf tug'ilganda batareya ichidagi bosim va issiqlikni tezda chiqarib yuborishi va portlash xavfini kamaytirishi mumkin. Oddiy ish paytida batareyaning ichki bosimini qondirish va ichki bosim xavfli chegaraga yetganda bosimni bo'shatish uchun avtomatik ravishda ochilishi uchun oqilona bosim o'chirish moslamasi talab qilinadi. Bosim o'chirish moslamasining o'rnini o'rnatayotganda, batareya qobig'ining ichki bosimining oshishi ta'sirini hisobga olish kerak. Deformatsiya xususiyatlariga asoslanib ishlab chiqilgan xavfsizlik klapanlari lamellar, qirralar, tikuvlar va tirqishlar orqali ishlab chiqilishi mumkin.
Texnologiya darajasini oshirish
Batareya hujayralarini ishlab chiqarish jarayonini standartlashtirishga harakat qilish kerak. Aralashtirish, qoplash, pishirish, siqish, kesish va o'rash bosqichlarida standartlashtirish (masalan, diafragma kengligi, elektrolitlar in'ektsiya hajmi va boshqalar) va jarayon usullarini takomillashtirish (past bosimli in'ektsiya usuli, markazdan qochma yuk va boshqalar). Shell usuli va boshqalar), jarayonni nazorat qilishda yaxshi ish qilish, jarayon sifatini ta'minlash va mahsulotlar orasidagi farqlarni qisqartirish; xavfsizlikka ta'sir ko'rsatadigan asosiy bosqichlarda (masalan, elektrod plastinkasini tozalash, changni tozalash va turli materiallar uchun turli xil payvandlash usullarini qo'llash) usullari va boshqalarni o'rnatish, standartlashtirilgan sifat monitoringini amalga oshirish, nuqsonli qismlarni bartaraf etish va nuqsonli mahsulotlarni (masalan, qutb bo'lagining deformatsiyasi, diafragmaning teshilishi, faol materialning tushishi, elektrolitlar oqishi va boshqalar) istisno qiling; ishlab chiqarish maydonchasini toza va toza tuting va ishlab chiqarish jarayonida iflosliklar va namlikning aralashishini oldini olish va ishlab chiqarish jarayonida xavfsizlikka baxtsiz hodisalarning ta'sirini minimallashtirish uchun 5S boshqaruvi va 6 -sigma sifat nazoratini amalga oshiring.
