เทคโนโลยีความเสี่ยงและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (2)

3. เทคโนโลยีความปลอดภัย

แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะมีอันตรายแอบแฝงอยู่มากมาย แต่ภายใต้เงื่อนไขการใช้งานเฉพาะและด้วยมาตรการบางอย่าง พวกมันสามารถควบคุมการเกิดปฏิกิริยาข้างเคียงและปฏิกิริยารุนแรงในเซลล์แบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้แน่ใจว่าใช้งานได้อย่างปลอดภัยข้อมูลต่อไปนี้เป็นข้อมูลแนะนำสั้นๆ เกี่ยวกับเทคโนโลยีความปลอดภัยต่างๆ ที่ใช้กันทั่วไปสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

(1) เลือกวัตถุดิบที่มีปัจจัยด้านความปลอดภัยสูงกว่า

ควรเลือกวัสดุที่มีขั้วบวกและลบ วัสดุไดอะแฟรมและอิเล็กโทรไลต์ที่มีค่าความปลอดภัยสูงกว่า

ก) การเลือกใช้วัสดุที่เป็นบวก

ความปลอดภัยของวัสดุแคโทดขึ้นอยู่กับสามด้านต่อไปนี้เป็นหลัก:

1. ความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ของวัสดุ

2. ความเสถียรทางเคมีของวัสดุ

3. คุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุ

b) การเลือกวัสดุไดอะแฟรม

หน้าที่หลักของไดอะแฟรมคือการแยกขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ เพื่อป้องกันการลัดวงจรที่เกิดจากการสัมผัสระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ และเพื่อให้ไอออนของอิเล็กโทรไลต์ผ่านได้ กล่าวคือ มีฉนวนไฟฟ้าและไอออน การนำไฟฟ้าควรสังเกตประเด็นต่อไปนี้เมื่อเลือกไดอะแฟรมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน:

1. มีฉนวนไฟฟ้าเพื่อให้แน่ใจว่าการแยกเชิงกลของขั้วไฟฟ้าบวกและลบ

2. มีรูรับแสงและความพรุนเพื่อให้แน่ใจว่ามีความต้านทานต่ำและมีค่าการนำไฟฟ้าสูง

3. วัสดุไดอะแฟรมต้องมีความเสถียรทางเคมีเพียงพอ และต้องทนทานต่อการกัดกร่อนของอิเล็กโทรไลต์

4. ไดอะแฟรมต้องมีฟังก์ชั่นป้องกันการปิดอัตโนมัติ

5. การหดตัวเนื่องจากความร้อนและการเสียรูปของไดอะแฟรมต้องมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

6. ไดอะแฟรมต้องมีความหนาบาง

7. ไดอะแฟรมต้องมีความแข็งแรงทางกายภาพที่แข็งแรงและต้านทานการเจาะทะลุได้เพียงพอ

c) การเลือกอิเล็กโทรไลต์

อิเล็กโทรไลต์เป็นส่วนสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งทำหน้าที่ส่งและนำกระแสไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่เกิดขึ้นจากการละลายเกลือลิเธียมที่เหมาะสมในตัวทำละลายผสมอะโพรติกอินทรีย์โดยทั่วไปจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้:

1. เสถียรภาพทางเคมีที่ดี ไม่มีปฏิกิริยาเคมีกับสารที่ออกฤทธิ์ของอิเล็กโทรด ของไหลสะสม และไดอะแฟรม

2. เสถียรภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีพร้อมหน้าต่างไฟฟ้าเคมีที่กว้าง

3. การนำลิเธียมไอออนสูงและการนำไฟฟ้าต่ำ

4. อุณหภูมิของเหลวที่หลากหลาย

5. ปลอดภัย ปลอดสารพิษ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

(2) เสริมสร้างการออกแบบความปลอดภัยโดยรวมของเซลล์

เซลล์แบตเตอรี่เป็นตัวเชื่อมที่รวมวัสดุต่างๆ ของแบตเตอรี่ และการรวมขั้วบวก ขั้วลบ ไดอะแฟรม ตัวดึง และฟิล์มบรรจุภัณฑ์การออกแบบโครงสร้างเซลล์ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของวัสดุต่างๆ เท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบที่สำคัญต่อประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าโดยรวมและประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่อีกด้วยการเลือกใช้วัสดุและการออกแบบโครงสร้างหลักเป็นเพียงความสัมพันธ์ระหว่างท้องถิ่นกับส่วนรวมในการออกแบบแกน ควรกำหนดโหมดโครงสร้างที่เหมาะสมตามลักษณะของวัสดุ

นอกจากนี้ยังสามารถพิจารณาอุปกรณ์ป้องกันเพิ่มเติมบางอย่างสำหรับโครงสร้างแบตเตอรี่ลิเธียมกลไกการป้องกันทั่วไปมีดังนี้:

a) ส่วนประกอบสวิตช์ถูกนำมาใช้เมื่ออุณหภูมิภายในแบตเตอรี่สูงขึ้น ค่าความต้านทานก็จะสูงขึ้นตามไปด้วยเมื่ออุณหภูมิสูงเกินไป แหล่งจ่ายไฟจะหยุดทำงานโดยอัตโนมัติ

b) ตั้งวาล์วนิรภัย (นั่นคือ ช่องระบายอากาศที่ด้านบนของแบตเตอรี่)เมื่อแรงดันภายในแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นถึงค่าหนึ่ง วาล์วนิรภัยจะเปิดโดยอัตโนมัติเพื่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่

ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างการออกแบบความปลอดภัยของโครงสร้างแกนไฟฟ้า:

1. อัตราส่วนความจุขั้วบวกและลบและขนาดการออกแบบ

เลือกอัตราส่วนความจุที่เหมาะสมของอิเล็กโทรดบวกและลบตามลักษณะของวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบอัตราส่วนของความจุอิเล็กโทรดบวกและลบของเซลล์เป็นลิงค์สำคัญที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหากความจุของขั้วไฟฟ้าบวกมากเกินไป ลิเธียมโลหะจะสะสมบนพื้นผิวของขั้วไฟฟ้าลบ ในขณะที่หากความจุของขั้วไฟฟ้าลบมีขนาดใหญ่เกินไป ความจุของแบตเตอรี่จะสูญเสียไปอย่างมากโดยทั่วไป N/P=1.05-1.15 และการเลือกที่เหมาะสมจะต้องทำขึ้นตามความจุของแบตเตอรี่และข้อกำหนดด้านความปลอดภัยชิ้นใหญ่และเล็กต้องออกแบบให้ตำแหน่งของเนกาทีฟเพสต์ (สารออกฤทธิ์) ปิด (เกิน) ตำแหน่งของโพสิทีฟโดยทั่วไป ความกว้างจะต้องใหญ่ขึ้น 1~5 มม. และความยาวจะต้องใหญ่ขึ้น 5~10 มม.

2. ค่าเผื่อความกว้างของไดอะแฟรม

หลักการทั่วไปของการออกแบบความกว้างของไดอะแฟรมคือการป้องกันการลัดวงจรภายในที่เกิดจากการสัมผัสโดยตรงระหว่างขั้วบวกและขั้วลบเนื่องจากการหดตัวเนื่องจากความร้อนของไดอะแฟรมทำให้เกิดการเสียรูปของไดอะแฟรมในทิศทางความยาวและความกว้างระหว่างการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ และภายใต้อุณหภูมิช็อกและสภาพแวดล้อมอื่นๆ โพลาไรเซชันของพื้นที่พับของไดอะแฟรมจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากระยะห่างระหว่างค่าบวกเพิ่มขึ้น และขั้วไฟฟ้าลบความเป็นไปได้ของการลัดวงจรขนาดเล็กในบริเวณยืดของไดอะแฟรมจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากไดอะแฟรมบางลงการหดตัวที่ขอบของไดอะแฟรมอาจนำไปสู่การสัมผัสโดยตรงระหว่างขั้วไฟฟ้าบวกและขั้วลบและการลัดวงจรภายใน ซึ่งอาจทำให้เกิดอันตรายเนื่องจากการระบายความร้อนของแบตเตอรี่ดังนั้นในการออกแบบแบตเตอรี่จึงต้องคำนึงถึงลักษณะการหดตัวของแบตเตอรี่ในการใช้พื้นที่และความกว้างของไดอะแฟรมฟิล์มแยกควรมีขนาดใหญ่กว่าขั้วบวกและขั้วลบนอกเหนือจากข้อผิดพลาดของกระบวนการแล้ว ฟิล์มแยกจะต้องยาวกว่าด้านนอกของชิ้นส่วนอิเล็กโทรดอย่างน้อย 0.1 มม.

3. การรักษาฉนวน

การลัดวงจรภายในเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีชิ้นส่วนที่อาจเป็นอันตรายมากมายที่ทำให้เกิดการลัดวงจรภายในในการออกแบบโครงสร้างของเซลล์ดังนั้นควรตั้งมาตรการหรือฉนวนที่จำเป็นที่ตำแหน่งสำคัญเหล่านี้เพื่อป้องกันการลัดวงจรภายในแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะที่ผิดปกติ เช่น การรักษาระยะห่างที่จำเป็นระหว่างหูขั้วบวกและขั้วลบต้องติดเทปฉนวนที่ตำแหน่งไม่แปะตรงกลางของปลายด้านเดียว และจะต้องปิดส่วนที่เปิดออกทั้งหมดต้องติดเทปฉนวนระหว่างอลูมิเนียมฟอยล์ที่เป็นบวกและสารออกฤทธิ์ที่เป็นลบส่วนเชื่อมของสลักจะต้องปิดด้วยเทปฉนวนอย่างสมบูรณ์ใช้เทปฉนวนที่ด้านบนของแกนไฟฟ้า

4.การตั้งวาล์วนิรภัย (อุปกรณ์ระบายแรงดัน)

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นอันตราย โดยปกติเนื่องจากอุณหภูมิภายในสูงเกินไปหรือความดันสูงเกินไปที่จะทำให้เกิดการระเบิดและไฟไหม้อุปกรณ์ระบายแรงดันที่เหมาะสมสามารถปล่อยแรงดันและความร้อนภายในแบตเตอรี่ได้อย่างรวดเร็วในกรณีที่เกิดอันตราย และลดความเสี่ยงจากการระเบิดอุปกรณ์ระบายแรงดันที่เหมาะสมไม่เพียงต้องรองรับแรงดันภายในแบตเตอรี่ระหว่างการทำงานปกติเท่านั้น แต่ยังเปิดโดยอัตโนมัติเพื่อระบายแรงดันเมื่อแรงดันภายในถึงขีดจำกัดอันตรายตำแหน่งการตั้งค่าของอุปกรณ์ระบายแรงดันต้องออกแบบโดยคำนึงถึงลักษณะการเสียรูปของเปลือกแบตเตอรี่เนื่องจากแรงดันภายในที่เพิ่มขึ้นการออกแบบของวาล์วนิรภัยสามารถรับรู้ได้จากเกล็ด ขอบ ตะเข็บ และรอยหยัก

(3) ปรับปรุงระดับกระบวนการ

ควรพยายามสร้างมาตรฐานและสร้างมาตรฐานกระบวนการผลิตของเซลล์ในขั้นตอนของการผสม การเคลือบ การอบ การบดอัด การตัดและการม้วน กำหนดมาตรฐาน (เช่น ความกว้างของไดอะแฟรม ปริมาณการฉีดอิเล็กโทรไลต์ ฯลฯ) ปรับปรุงกระบวนการ (เช่น วิธีการฉีดแรงดันต่ำ วิธีการบรรจุแบบแรงเหวี่ยง เป็นต้น) ทำงานได้ดีในการควบคุมกระบวนการ มั่นใจในคุณภาพของกระบวนการ และลดความแตกต่างระหว่างผลิตภัณฑ์กำหนดขั้นตอนการทำงานพิเศษในขั้นตอนสำคัญที่ส่งผลต่อความปลอดภัย (เช่น การลบคมชิ้นส่วนอิเล็กโทรด การกวาดผง วิธีการเชื่อมแบบต่างๆ สำหรับวัสดุต่างๆ เป็นต้น) ใช้การตรวจสอบคุณภาพที่ได้มาตรฐาน กำจัดชิ้นส่วนที่มีข้อบกพร่อง และกำจัดผลิตภัณฑ์ที่มีข้อบกพร่อง (เช่น การเสียรูปของ ชิ้นส่วนอิเล็กโทรด, ไดอะแฟรมเจาะ, วัสดุที่ใช้งานหลุดออก, อิเล็กโทรไลต์รั่ว ฯลฯ);รักษาสถานที่ผลิตให้สะอาดและเป็นระเบียบ ใช้การจัดการ 5ส และการควบคุมคุณภาพ 6-sigma ป้องกันสิ่งเจือปนและความชื้นไม่ให้ปะปนในกระบวนการผลิต และลดผลกระทบของอุบัติเหตุในการผลิตต่อความปลอดภัย

 


เวลาโพสต์: 16 พ.ย.-2565