3. Technologie de sécurité
Bien que les batteries lithium-ion présentent de nombreux dangers cachés, dans des conditions d'utilisation spécifiques et avec certaines mesures, elles peuvent contrôler efficacement l'apparition de réactions secondaires et de réactions violentes dans les cellules de la batterie pour garantir leur utilisation en toute sécurité.Ce qui suit est une brève introduction à plusieurs technologies de sécurité couramment utilisées pour les batteries lithium-ion.
（1） Sélectionner des matières premières avec un facteur de sécurité plus élevé
Les matériaux actifs polaires positifs et négatifs, les matériaux de membrane et les électrolytes avec un facteur de sécurité plus élevé doivent être sélectionnés.
a) Sélection du matériel positif
La sécurité des matériaux cathodiques repose principalement sur les trois aspects suivants :
1. Stabilité thermodynamique des matériaux ;
2. Stabilité chimique des matériaux ;
3. Propriétés physiques des matériaux.
b) Sélection des matériaux de membrane
La fonction principale du diaphragme est de séparer les électrodes positives et négatives de la batterie, d'éviter les courts-circuits causés par le contact entre les électrodes positives et négatives, et de permettre aux ions d'électrolyte de passer, c'est-à-dire qu'il a une isolation électronique et des ions conductivité.Les points suivants doivent être pris en compte lors de la sélection du diaphragme pour les batteries lithium-ion :
1. Il a une isolation électronique pour assurer l'isolation mécanique des électrodes positives et négatives ;
2. Il a une certaine ouverture et porosité pour assurer une faible résistance et une conductivité ionique élevée;
3. Le matériau de la membrane doit avoir une stabilité chimique suffisante et doit être résistant à la corrosion électrolytique ;
4. Le diaphragme doit avoir la fonction de protection d'arrêt automatique ;
5. Le rétrécissement thermique et la déformation du diaphragme doivent être aussi faibles que possible ;
6. Le diaphragme doit avoir une certaine épaisseur ;
7. Le diaphragme doit avoir une forte résistance physique et une résistance suffisante à la perforation.
c) Sélection de l'électrolyte
L'électrolyte est une partie importante de la batterie lithium-ion, qui joue le rôle de transmettre et de conduire le courant entre les électrodes positives et négatives de la batterie.L'électrolyte utilisé dans les batteries lithium-ion est une solution d'électrolyte formée en dissolvant des sels de lithium appropriés dans des solvants mixtes aprotiques organiques.Il doit généralement répondre aux exigences suivantes :
1. Bonne stabilité chimique, pas de réaction chimique avec la substance active de l'électrode, le fluide collecteur et le diaphragme ;
2. Bonne stabilité électrochimique, avec une large fenêtre électrochimique ;
3. Conductivité lithium-ion élevée et faible conductivité électronique;
4. Large gamme de température de liquide ;
5. Il est sûr, non toxique et respectueux de l'environnement.
(2) Renforcer la conception globale de la sécurité de la cellule
La cellule de batterie est le lien qui combine les différents matériaux de la batterie et l'intégration du pôle positif, du pôle négatif, du diaphragme, de la cosse et du film d'emballage.La conception de la structure de la cellule affecte non seulement les performances de divers matériaux, mais a également un impact important sur les performances électrochimiques globales et les performances de sécurité de la batterie.Le choix des matériaux et la conception de la structure centrale ne sont qu'une sorte de relation entre le local et l'ensemble.Dans la conception du noyau, le mode de structure raisonnable doit être formulé en fonction des caractéristiques du matériau.
De plus, certains dispositifs de protection supplémentaires peuvent être envisagés pour la structure de la batterie au lithium.Les mécanismes de protection courants sont les suivants :
a) L'élément de commutation est adopté.Lorsque la température à l'intérieur de la batterie augmente, sa valeur de résistance augmente en conséquence.Lorsque la température est trop élevée, l'alimentation sera automatiquement arrêtée ;
b) Réglez une soupape de sécurité (c'est-à-dire l'évent en haut de la batterie).Lorsque la pression interne de la batterie atteint une certaine valeur, la soupape de sécurité s'ouvre automatiquement pour assurer la sécurité de la batterie.
Voici quelques exemples de conception de sécurité de la structure du noyau électrique :
1. Rapport de capacité de pôle positif et négatif et tranche de taille de conception
Sélectionnez le rapport de capacité approprié des électrodes positives et négatives en fonction des caractéristiques des matériaux d'électrodes positives et négatives.Le rapport de capacité d'électrode positive et négative de la cellule est un lien important lié à la sécurité des batteries lithium-ion.Si la capacité de l'électrode positive est trop grande, le lithium métallique se déposera sur la surface de l'électrode négative, tandis que si la capacité de l'électrode négative est trop grande, la capacité de la batterie sera grandement perdue.Généralement, N/P = 1,05-1,15, et une sélection appropriée doit être effectuée en fonction de la capacité réelle de la batterie et des exigences de sécurité.Les grands et les petits morceaux doivent être conçus de manière à ce que la position de la pâte négative (substance active) englobe (dépasse) la position de la pâte positive.Généralement, la largeur doit être supérieure de 1 à 5 mm et la longueur doit être supérieure de 5 à 10 mm.
2. Allocation pour la largeur du diaphragme
Le principe général de la conception de la largeur du diaphragme est d'empêcher un court-circuit interne causé par un contact direct entre les électrodes positives et négatives.Comme le rétrécissement thermique du diaphragme provoque une déformation du diaphragme dans le sens de la longueur et de la largeur pendant la charge et la décharge de la batterie et sous un choc thermique et d'autres environnements, la polarisation de la zone pliée du diaphragme augmente en raison de l'augmentation de la distance entre le positif et électrodes négatives ;La possibilité d'un micro court-circuit dans la zone d'étirement du diaphragme est augmentée en raison de l'amincissement du diaphragme ;Le rétrécissement au bord du diaphragme peut entraîner un contact direct entre les électrodes positive et négative et un court-circuit interne, ce qui peut entraîner un danger en raison de l'emballement thermique de la batterie.Par conséquent, lors de la conception de la batterie, ses caractéristiques de retrait doivent être prises en compte dans l'utilisation de la surface et de la largeur du diaphragme.Le film isolant doit être plus grand que l'anode et la cathode.En plus de l'erreur de processus, le film d'isolation doit être au moins 0,1 mm plus long que le côté extérieur de la pièce d'électrode.
3.Traitement d'isolation
Le court-circuit interne est un facteur important dans le risque potentiel de sécurité de la batterie lithium-ion.Il existe de nombreuses pièces potentiellement dangereuses qui provoquent un court-circuit interne dans la conception structurelle de la cellule.Par conséquent, les mesures ou l'isolation nécessaires doivent être définies à ces positions clés pour éviter un court-circuit interne dans la batterie dans des conditions anormales, telles que le maintien de l'espacement nécessaire entre les oreilles d'électrode positive et négative ;Le ruban isolant doit être collé à la position non collante au milieu de l'extrémité unique, et toutes les parties exposées doivent être recouvertes ;Le ruban isolant doit être collé entre une feuille d'aluminium positive et une substance active négative ;La partie soudée de la cosse doit être entièrement recouverte de ruban isolant ;Un ruban isolant est utilisé sur le dessus du noyau électrique.
4. Réglage de la soupape de sécurité (dispositif de décompression)
Les batteries au lithium-ion sont dangereuses, généralement parce que la température interne est trop élevée ou la pression est trop élevée pour provoquer une explosion et un incendie ;Le dispositif de décompression raisonnable peut rapidement libérer la pression et la chaleur à l'intérieur de la batterie en cas de danger et réduire le risque d'explosion.Le dispositif de décompression raisonnable doit non seulement répondre à la pression interne de la batterie pendant le fonctionnement normal, mais également s'ouvrir automatiquement pour relâcher la pression lorsque la pression interne atteint la limite de danger.La position de réglage du limiteur de pression doit être conçue en tenant compte des caractéristiques de déformation de l'enveloppe de la batterie dues à l'augmentation de la pression interne ;La conception de la soupape de sécurité peut être réalisée par des flocons, des bords, des coutures et des entailles.
(3) Améliorer le niveau de processus
Des efforts doivent être faits pour standardiser et standardiser le processus de production de la cellule.Dans les étapes de mélange, de revêtement, de cuisson, de compactage, de refendage et d'enroulement, formulez la normalisation (telle que la largeur du diaphragme, le volume d'injection d'électrolyte, etc.), améliorez les moyens de traitement (tels que la méthode d'injection à basse pression, la méthode d'emballage centrifuge, etc.) , faire un bon travail dans le contrôle des processus, assurer la qualité des processus et réduire les différences entre les produits ;Définissez des étapes de travail spéciales dans les étapes clés qui affectent la sécurité (telles que l'ébavurage de la pièce d'électrode, le balayage de poudre, différentes méthodes de soudage pour différents matériaux, etc.), mettez en œuvre un contrôle de qualité standardisé, éliminez les pièces défectueuses et éliminez les produits défectueux (tels que la déformation de pièce d'électrode, perforation du diaphragme, chute de matière active, fuite d'électrolyte, etc.);Gardez le site de production propre et rangé, mettez en place une gestion 5S et un contrôle qualité 6 sigma, empêchez les impuretés et l'humidité de se mélanger dans la production et minimisez l'impact des accidents de production sur la sécurité.
Heure de publication : 16 novembre 2022