تكنولوجيا المخاطر والسلامة لبطارية ليثيوم أيون (2)

3. تكنولوجيا الأمن

على الرغم من أن بطاريات الليثيوم أيون لها العديد من المخاطر الخفية ، إلا أنه في ظل ظروف استخدام محددة وبإجراءات معينة ، يمكنها التحكم بشكل فعال في حدوث ردود الفعل الجانبية وردود الفعل العنيفة في خلايا البطارية لضمان الاستخدام الآمن لها.فيما يلي مقدمة موجزة للعديد من تقنيات الأمان الشائعة الاستخدام لبطاريات الليثيوم أيون.

（1 ، حدد المواد الخام مع عامل أمان أعلى

يجب اختيار المواد النشطة القطبية الموجبة والسالبة والمواد الغشائية والإلكتروليتات ذات معامل الأمان العالي.

أ) اختيار المواد الإيجابية

تعتمد سلامة مواد الكاثود بشكل أساسي على الجوانب الثلاثة التالية:

1. استقرار الديناميكا الحرارية للمواد.

2. الاستقرار الكيميائي للمواد.

3. الخصائص الفيزيائية للمواد.

ب) اختيار مواد الحجاب الحاجز

تتمثل الوظيفة الرئيسية للحجاب الحاجز في فصل الأقطاب الموجبة والسالبة للبطارية ، لمنع حدوث ماس كهربائي ناتج عن التلامس بين الأقطاب الموجبة والسالبة ، وتمكين أيونات الإلكتروليت بالمرور ، أي أنه يحتوي على عزل إلكتروني وأيون التوصيل.يجب ملاحظة النقاط التالية عند اختيار الحجاب الحاجز لبطاريات الليثيوم أيون:

1. لديها عزل إلكتروني لضمان العزل الميكانيكي للأقطاب الموجبة والسالبة.

2. لها فتحة معينة ومسامية لضمان مقاومة منخفضة وموصلية أيونية عالية.

3. يجب أن تتمتع مادة الغشاء بالثبات الكيميائي الكافي ويجب أن تكون مقاومة للتآكل بالكهرباء ؛

4. يجب أن يكون للحجاب الحاجز وظيفة حماية الإغلاق التلقائي ؛

5. يجب أن يكون الانكماش الحراري وتشوه الحجاب الحاجز أصغر ما يمكن ؛

6. يجب أن يكون للحجاب الحاجز سماكة معينة.

7. يجب أن يكون للحجاب الحاجز قوة بدنية قوية ومقاومة كافية للثقب.

ج) اختيار المنحل بالكهرباء

يعد الإلكتروليت جزءًا مهمًا من بطارية أيون الليثيوم ، والذي يلعب دور نقل وتوصيل التيار بين الأقطاب الموجبة والسالبة للبطارية.المنحل بالكهرباء المستخدم في بطاريات أيونات الليثيوم هو محلول إلكتروليت يتكون عن طريق إذابة أملاح الليثيوم المناسبة في مذيبات عضوية غير عضوية مختلطة.يجب أن تفي بشكل عام بالمتطلبات التالية:

1. استقرار كيميائي جيد ، لا يوجد تفاعل كيميائي مع المادة الفعالة للإلكترود ، سائل المجمع والحجاب الحاجز.

2. الاستقرار الكهروكيميائي الجيد ، مع نافذة كهروكيميائية واسعة.

3. الموصلية العالية أيون الليثيوم والموصلية الإلكترونية المنخفضة.

4. مجموعة واسعة من درجة حرارة السائل.

5. إنها آمنة وغير سامة وصديقة للبيئة.

(2) تعزيز تصميم السلامة العام للخلية

خلية البطارية هي الرابط الذي يجمع بين المواد المختلفة للبطارية ، وتكامل القطب الموجب ، والقطب السالب ، والحجاب الحاجز ، والعروة ، وفيلم التغليف.لا يؤثر تصميم هيكل الخلية على أداء المواد المختلفة فحسب ، بل يؤثر أيضًا بشكل كبير على الأداء الكهروكيميائي الكلي وأداء السلامة للبطارية.اختيار المواد وتصميم الهيكل الأساسي هو مجرد نوع من العلاقة بين المحلي والكل.في تصميم اللب ، يجب صياغة وضع الهيكل المعقول وفقًا لخصائص المواد.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن اعتبار بعض أجهزة الحماية الإضافية لهيكل بطارية الليثيوم.آليات الحماية الشائعة هي كما يلي:

أ) تم اعتماد عنصر التبديل.عندما ترتفع درجة الحرارة داخل البطارية ، سترتفع قيمة مقاومتها وفقًا لذلك.عندما تكون درجة الحرارة عالية جدًا ، سيتم إيقاف مصدر الطاقة تلقائيًا ؛

ب) قم بتعيين صمام أمان (أي فتحة تهوية أعلى البطارية).عندما يرتفع الضغط الداخلي للبطارية إلى قيمة معينة ، سيفتح صمام الأمان تلقائيًا لضمان سلامة البطارية.

فيما يلي بعض الأمثلة على تصميم الأمان للهيكل الأساسي الكهربائي:

1. نسبة قدرة القطب الإيجابية والسلبية وشريحة حجم التصميم

حدد نسبة السعة المناسبة للأقطاب الموجبة والسالبة وفقًا لخصائص مواد القطب الموجب والسالب.تعتبر نسبة سعة القطب الموجب والسالبة للخلية رابطًا مهمًا يتعلق بسلامة بطاريات أيونات الليثيوم.إذا كانت سعة القطب الموجب كبيرة جدًا ، فسيتم ترسيب الليثيوم المعدني على سطح القطب السالب ، بينما إذا كانت سعة القطب السالب كبيرة جدًا ، فستفقد سعة البطارية بشكل كبير.بشكل عام ، N / P = 1.05-1.15 ، ويتم الاختيار المناسب وفقًا لسعة البطارية الفعلية ومتطلبات السلامة.تصمم القطع الكبيرة والصغيرة بحيث يحيط موضع العجينة السالبة (المادة الفعالة) (يتجاوز) موضع المعجون الموجب.بشكل عام ، يجب أن يكون العرض أكبر من 1 إلى 5 مم ويكون الطول أكبر من 5 إلى 10 مم.

2. بدل لعرض الحجاب الحاجز

المبدأ العام لتصميم عرض الحجاب الحاجز هو منع قصر الدائرة الداخلية الناتج عن الاتصال المباشر بين الأقطاب الموجبة والسالبة.نظرًا لأن الانكماش الحراري للحجاب الحاجز يتسبب في تشوه الحجاب الحاجز في اتجاه الطول والعرض أثناء شحن البطارية وتفريغها وتحت الصدمة الحرارية والبيئات الأخرى ، فإن استقطاب المنطقة المطوية للحجاب الحاجز يزداد بسبب زيادة المسافة بين الموجب والأقطاب السالبة.تزداد إمكانية حدوث ماس كهربائي صغير في منطقة التمدد بالحجاب الحاجز بسبب ترقق الحجاب الحاجز ؛قد يؤدي الانكماش عند حافة الحجاب الحاجز إلى التلامس المباشر بين الأقطاب الموجبة والسالبة وقصر الدائرة الداخلية ، مما قد يسبب خطرًا بسبب الانحراف الحراري للبطارية.لذلك ، عند تصميم البطارية ، يجب مراعاة خصائص انكماشها عند استخدام مساحة وعرض الحجاب الحاجز.يجب أن يكون فيلم العزل أكبر من الأنود والكاثود.بالإضافة إلى خطأ العملية ، يجب أن يكون فيلم العزل أطول بمقدار 0.1 مم على الأقل من الجانب الخارجي لقطعة القطب.

3. العلاج بالعزل

تعد الدائرة القصيرة الداخلية عاملاً مهمًا في الخطر المحتمل للسلامة لبطارية الليثيوم أيون.هناك العديد من الأجزاء الخطرة المحتملة التي تسبب ماس كهربائي داخلي في التصميم الهيكلي للخلية.لذلك ، يجب وضع التدابير اللازمة أو العزل في هذه المواضع الرئيسية لمنع قصر الدائرة الداخلية في البطارية في ظل ظروف غير طبيعية ، مثل الحفاظ على التباعد الضروري بين آذان القطب الموجب والسالب ؛يجب لصق الشريط العازل في وضع عدم اللصق في منتصف الطرف المفرد ، ويجب تغطية جميع الأجزاء المكشوفة ؛يجب لصق شريط عازل بين رقائق الألومنيوم الموجبة والمادة الفعالة السلبية ؛يجب تغطية جزء اللحام من العروة بالكامل بشريط عازل ؛يستخدم الشريط العازل في الجزء العلوي من النواة الكهربائية.

4-ضبط صمام الأمان (جهاز تنفيس الضغط)

تعتبر بطاريات الليثيوم أيون خطرة ، وعادةً ما يكون ذلك بسبب ارتفاع درجة الحرارة الداخلية أو ارتفاع الضغط بدرجة كبيرة بحيث لا يتسبب في حدوث انفجار وحريق ؛يمكن لجهاز تخفيف الضغط المعقول أن يحرر الضغط والحرارة داخل البطارية بسرعة في حالة الخطر ، ويقلل من خطر الانفجار.يجب ألا يفي جهاز تخفيف الضغط المعقول بالضغط الداخلي للبطارية أثناء التشغيل العادي فحسب ، بل يفتح أيضًا تلقائيًا لتحرير الضغط عندما يصل الضغط الداخلي إلى حد الخطر.يجب تصميم موضع الإعداد لجهاز تخفيف الضغط مع مراعاة خصائص تشوه غلاف البطارية بسبب زيادة الضغط الداخلي ؛يمكن تحقيق تصميم صمام الأمان من خلال الرقائق ، والحواف ، والدرزات ، والندبات.

(3) تحسين مستوى العملية

يجب بذل الجهود لتوحيد وتوحيد عملية إنتاج الخلية.في خطوات الخلط والطلاء والخبز والضغط والتقطيع واللف ، قم بصياغة التوحيد القياسي (مثل عرض الحجاب الحاجز ، وحجم حقن المنحل بالكهرباء ، وما إلى ذلك) ، وتحسين وسائل العملية (مثل طريقة الحقن بالضغط المنخفض ، وطريقة التعبئة بالطرد المركزي ، وما إلى ذلك) ، قم بعمل جيد في التحكم في العملية ، وضمان جودة العملية ، وتضييق الاختلافات بين المنتجات ؛ضع خطوات عمل خاصة في الخطوات الرئيسية التي تؤثر على السلامة (مثل إزالة حواف قطعة القطب ، وكسح المسحوق ، وطرق اللحام المختلفة للمواد المختلفة ، وما إلى ذلك) ، وتنفيذ مراقبة الجودة الموحدة ، وإزالة الأجزاء المعيبة ، والقضاء على المنتجات المعيبة (مثل تشوه قطعة قطب كهربائي ، ثقب الحجاب الحاجز ، سقوط المادة الفعالة ، تسرب المنحل بالكهرباء ، إلخ) ؛الحفاظ على موقع الإنتاج نظيفًا ومرتبًا ، وتنفيذ إدارة 5S ومراقبة الجودة 6-sigma ، ومنع الشوائب والرطوبة من الاختلاط في الإنتاج ، وتقليل تأثير الحوادث في الإنتاج على السلامة.