3. Công nghệ bảo mật
Mặc dù pin lithium ion có nhiều mối nguy hiểm tiềm ẩn, nhưng trong các điều kiện sử dụng cụ thể và với các biện pháp nhất định, chúng có thể kiểm soát hiệu quả sự xuất hiện của các phản ứng phụ và phản ứng dữ dội trong các tế bào pin để đảm bảo sử dụng an toàn.Sau đây là phần giới thiệu ngắn gọn về một số công nghệ an toàn thường được sử dụng cho pin lithium ion.
（1） Chọn nguyên liệu có hệ số an toàn cao hơn
Phải chọn vật liệu hoạt động cực dương và cực âm, vật liệu màng ngăn và chất điện phân có hệ số an toàn cao hơn.
a) Lựa chọn vật liệu tích cực
Sự an toàn của vật liệu catốt chủ yếu dựa trên ba khía cạnh sau:
1. Độ ổn định nhiệt động của vật liệu;
2. Tính ổn định hóa học của vật liệu;
3. Tính chất vật lý của vật liệu.
b) Lựa chọn vật liệu màng ngăn
Chức năng chính của màng ngăn là phân tách các điện cực dương và âm của pin, ngăn ngừa đoản mạch do tiếp xúc giữa các điện cực dương và âm, đồng thời cho phép các ion điện phân đi qua, nghĩa là nó có lớp cách điện và ion độ dẫn nhiệt.Cần lưu ý những điểm sau khi chọn màng ngăn cho pin lithium ion:
1. Nó có lớp cách điện điện tử để đảm bảo cách ly cơ học giữa các điện cực dương và âm;
2. Nó có độ mở và độ xốp nhất định để đảm bảo điện trở thấp và độ dẫn ion cao;
3. Vật liệu màng phải có đủ độ ổn định hóa học và phải chống lại sự ăn mòn của chất điện phân;
4. Cơ hoành phải có chức năng bảo vệ tắt máy tự động;
5. Độ co ngót nhiệt và biến dạng của màng ngăn phải càng nhỏ càng tốt;
6. Màng ngăn phải có độ dày nhất định;
7. Màng ngăn phải có độ bền vật lý cao và đủ khả năng chống đâm thủng.
c) Lựa chọn chất điện phân
Chất điện phân là một phần quan trọng của pin lithium ion, đóng vai trò truyền và dẫn dòng điện giữa các điện cực dương và âm của pin.Chất điện phân được sử dụng trong pin lithium ion là dung dịch điện phân được hình thành bằng cách hòa tan các muối lithium thích hợp trong dung môi hỗn hợp không proton hữu cơ.Nó thường phải đáp ứng các yêu cầu sau:
1. Ổn định hóa học tốt, không có phản ứng hóa học với hoạt chất điện cực, chất lỏng thu và màng ngăn;
2. Ổn định điện hóa tốt, có cửa sổ điện hóa rộng;
3. Độ dẫn ion lithium cao và độ dẫn điện tử thấp;
4. Phạm vi nhiệt độ chất lỏng rộng;
5. An toàn, không độc hại và thân thiện với môi trường.
(2) Tăng cường thiết kế an toàn tổng thể của tế bào
Tế bào pin là liên kết kết hợp các vật liệu khác nhau của pin và tích hợp cực dương, cực âm, màng ngăn, vấu và màng đóng gói.Thiết kế của cấu trúc tế bào không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của các vật liệu khác nhau mà còn có tác động quan trọng đến hiệu suất điện hóa tổng thể và hiệu suất an toàn của pin.Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế cấu trúc cốt lõi chỉ là một loại mối quan hệ giữa cục bộ và tổng thể.Trong thiết kế của lõi, chế độ cấu trúc hợp lý nên được xây dựng theo các đặc tính của vật liệu.
Ngoài ra, một số thiết bị bảo vệ bổ sung có thể được xem xét cho cấu trúc pin lithium.Các cơ chế bảo vệ phổ biến như sau:
a) Phần tử công tắc được thông qua.Khi nhiệt độ bên trong pin tăng lên, giá trị điện trở của nó sẽ tăng theo.Khi nhiệt độ quá cao, nguồn điện sẽ tự động dừng;
b) Đặt một van an toàn (có nghĩa là lỗ thông khí ở trên cùng của ắc quy).Khi áp suất bên trong của pin tăng đến một giá trị nhất định, van an toàn sẽ tự động mở để đảm bảo an toàn cho pin.
Dưới đây là một số ví dụ về thiết kế an toàn của cấu trúc lõi điện:
1. Tỷ lệ công suất cực dương và cực âm và lát cắt kích thước thiết kế
Chọn tỷ lệ công suất thích hợp của các điện cực dương và âm theo đặc tính của vật liệu điện cực dương và âm.Tỷ lệ dung lượng điện cực dương và âm của tế bào là một liên kết quan trọng liên quan đến sự an toàn của pin lithium ion.Nếu dung lượng điện cực dương quá lớn, lithium kim loại sẽ lắng đọng trên bề mặt của điện cực âm, trong khi nếu dung lượng điện cực âm quá lớn, dung lượng của pin sẽ bị hao hụt rất nhiều.Nói chung, N/P=1,05-1,15 và việc lựa chọn thích hợp sẽ được thực hiện theo dung lượng pin thực tế và các yêu cầu an toàn.Các miếng lớn và nhỏ phải được thiết kế sao cho vị trí của miếng dán âm (hoạt chất) bao quanh (vượt quá) vị trí của miếng dán dương.Nói chung, chiều rộng sẽ lớn hơn 1 ~ 5 mm và chiều dài sẽ lớn hơn 5 ~ 10 mm.
2. Cho phép chiều rộng cơ hoành
Nguyên tắc chung của thiết kế chiều rộng màng ngăn là ngăn ngừa đoản mạch bên trong do tiếp xúc trực tiếp giữa các điện cực dương và âm.Do sự co rút nhiệt của màng ngăn gây ra biến dạng của màng ngăn theo hướng chiều dài và chiều rộng trong quá trình sạc và xả pin, dưới sốc nhiệt và các môi trường khác, nên sự phân cực của vùng gấp của màng ngăn tăng lên do khoảng cách giữa các cực dương tăng lên. và điện cực âm;Khả năng xảy ra ngắn mạch vi mô trong khu vực kéo dài của màng ngăn tăng lên do màng ngăn mỏng hơn;Sự co lại ở mép của màng ngăn có thể dẫn đến sự tiếp xúc trực tiếp giữa các điện cực dương và âm và gây đoản mạch bên trong, điều này có thể gây nguy hiểm do sự thoát nhiệt của pin.Do đó, khi thiết kế pin, các đặc tính co ngót của nó phải được tính đến khi sử dụng diện tích và chiều rộng của màng ngăn.Màng cách ly phải lớn hơn cực dương và cực âm.Ngoài lỗi quy trình, màng cách ly phải dài hơn mặt ngoài của miếng điện cực ít nhất 0,1mm.
3. Xử lý cách nhiệt
Đoản mạch bên trong là một yếu tố quan trọng dẫn đến nguy cơ tiềm ẩn về an toàn của pin lithium-ion.Có nhiều bộ phận nguy hiểm tiềm ẩn gây ra đoản mạch bên trong trong thiết kế cấu trúc của tế bào.Do đó, nên đặt các biện pháp hoặc cách điện cần thiết tại các vị trí quan trọng này để tránh đoản mạch bên trong pin trong các điều kiện bất thường, chẳng hạn như duy trì khoảng cách cần thiết giữa tai điện cực dương và âm;Băng cách điện phải được dán ở vị trí không dán ở giữa một đầu và tất cả các bộ phận lộ ra ngoài phải được che phủ;Băng cách điện phải được dán giữa lá nhôm dương và hoạt chất âm;Phần hàn của vấu phải được bao phủ hoàn toàn bằng băng cách điện;Băng cách điện được sử dụng trên đỉnh của lõi điện.
4. Cài đặt van an toàn (thiết bị giảm áp)
Pin lithium ion rất nguy hiểm, thường là do nhiệt độ bên trong quá cao hoặc áp suất quá cao dễ gây nổ, cháy;Thiết bị giảm áp hợp lý có thể nhanh chóng giải phóng áp suất và nhiệt bên trong pin trong trường hợp nguy hiểm, đồng thời giảm nguy cơ cháy nổ.Thiết bị giảm áp hợp lý không chỉ đáp ứng áp suất bên trong của pin trong quá trình hoạt động bình thường mà còn tự động mở để giải phóng áp suất khi áp suất bên trong đạt đến giới hạn nguy hiểm.Vị trí cài đặt của thiết bị giảm áp suất phải được thiết kế có tính đến các đặc tính biến dạng của vỏ ắc quy do áp suất bên trong tăng lên;Thiết kế của van an toàn có thể được thực hiện bằng các mảnh, cạnh, đường nối và vết khía.
(3) Cải thiện mức độ quy trình
Cần nỗ lực chuẩn hóa và tiêu chuẩn hóa quy trình sản xuất tế bào.Trong các bước trộn, phủ, nướng, nén, rạch và cuộn, xây dựng tiêu chuẩn hóa (chẳng hạn như chiều rộng màng ngăn, lượng phun chất điện phân, v.v.), cải thiện phương tiện quy trình (chẳng hạn như phương pháp phun áp suất thấp, phương pháp đóng gói ly tâm, v.v.) , làm tốt công tác kiểm soát quy trình, đảm bảo chất lượng quy trình, thu hẹp sự khác biệt giữa các sản phẩm;Đặt các bước công việc đặc biệt trong các bước chính ảnh hưởng đến an toàn (chẳng hạn như mài mảnh điện cực, quét bột, các phương pháp hàn khác nhau cho các vật liệu khác nhau, v.v.), thực hiện giám sát chất lượng được tiêu chuẩn hóa, loại bỏ các bộ phận bị lỗi và loại bỏ các sản phẩm bị lỗi (chẳng hạn như biến dạng của mảnh điện cực, thủng màng ngăn, vật liệu hoạt động rơi ra, rò rỉ chất điện phân, v.v.);Giữ cho khu vực sản xuất sạch sẽ và gọn gàng, thực hiện quản lý 5S và kiểm soát chất lượng 6-sigma, ngăn tạp chất và hơi ẩm trộn lẫn trong sản xuất và giảm thiểu tác động của tai nạn trong sản xuất đến an toàn.
Thời gian đăng bài: 16-11-2022