I. خطر بطاريات الليثيوم أيون.

تعد بطارية ليثيوم أيون مصدر طاقة كيميائية يحتمل أن تكون خطرة بسبب خصائصها الكيميائية وتكوين نظامها.

(1) نشاط كيميائي عالي.
الليثيوم هو عنصر المجموعة الرئيسي للدورة الثانية للجدول الدوري ، وله خصائص كيميائية نشطة للغاية.

(2) كثافة طاقة عالية.
الطاقة المحددة لبطارية الليثيوم أيون عالية للغاية (≥ 140Wh / kg) ، وهي أعلى بعدة مرات من تلك الموجودة في Ni-CD و Ni-MH والبطاريات الثانوية الأخرى. في حالة حدوث التفاعل الحراري الجامح ، فإنه سينتج عنه حرارة عالية ويؤدي بسهولة إلى سلوك غير آمن.

(3) باستخدام نظام المنحل بالكهرباء العضوي.
المذيب العضوي لنظام الإلكتروليت العضوي هو الهيدروكربون ، جهد التحلل منخفض ، من السهل أن يتأكسد ، والمذيب قابل للاشتعال ؛ في حالة حدوث تسرب ، سوف يتسبب ذلك في اشتعال النيران في البطارية ، بل وحتى الاحتراق والانفجار.

(4) احتمال حدوث رد فعل جانبي مرتفع.
أثناء الاستخدام العادي لبطارية ليثيوم أيون ، هناك تفاعل كيميائي إيجابي بين الطاقة الكهربائية والطاقة الكيميائية. ومع ذلك ، في ظل بعض الظروف ، مثل الشحن الزائد أو التفريغ الزائد أو العمل الزائد ، سيؤدي بسهولة إلى تفاعل جانبي كيميائي داخل البطارية ؛ بعد تكثيف التفاعل الجانبي ، سيؤثر بشكل خطير على أداء وعمر خدمة البطارية ، وقد ينتج كمية كبيرة من الغاز ، مما سيؤدي إلى مشاكل السلامة الناجمة عن الانفجار والحريق بعد الزيادة السريعة في الضغط داخل البطارية .

(5) هيكل مادة القطب غير مستقر.

سيؤدي تفاعل الشحن الزائد لبطارية الليثيوم أيون إلى تغيير هيكل مادة الكاثود ويجعل المادة لها تأثير أكسدة قوي ، بحيث يتأكسد المذيب في الإلكتروليت بقوة ، وهذا التأثير لا رجوع فيه. إذا تراكمت الحرارة الناتجة عن التفاعل ، فهناك خطر الانفلات الحراري.

ثانيًا. تسبب في تحليل مشاكل سلامة منتجات بطاريات الليثيوم أيون.
بعد 30 عامًا من التطور الصناعي ، حققت تقنية الأمان لبطارية ليثيوم أيون تقدمًا كبيرًا ، والتي تتحكم بشكل فعال في حدوث التفاعلات الجانبية في البطارية وتضمن سلامة البطارية. ومع ذلك ، مع الاستخدام المكثف لبطاريات الليثيوم أيون وكثافة الطاقة الأعلى ، لا تزال هناك حوادث متكررة مثل إصابة الانفجار أو استدعاء المنتج بسبب مخاطر السلامة في السنوات الأخيرة. نلخص الأسباب الرئيسية لمشاكل سلامة منتجات بطارية ليثيوم أيون كما يلي:

(1) مشكلة مادة الخلية.
تشمل المواد المستخدمة في البطارية: مادة نشطة إيجابية ، مادة نشطة سلبية ، غشاء ، إلكتروليت وقشرة ، إلخ. يتم تحديد أداء السلامة للخلية من خلال اختيار المواد ومطابقة النظام. في اختيار المواد الفعالة الإيجابية والسلبية ومواد الحجاب الحاجز ، لم يقم المصنعون بتقييم خصائص المواد الخام ومطابقتها ، مما أدى إلى عيوب خلقية في سلامة اللب.

(2) مشاكل عملية الإنتاج.
يؤدي الفحص المتراخي للمواد الخام للخلية وبيئة الإنتاج السيئة إلى خلط الشوائب في الإنتاج ، وهو أمر لا يضر فقط بقدرة البطارية ، ولكن له أيضًا تأثير كبير على سلامة البطارية ؛ بالإضافة إلى ذلك ، إذا تم خلط الكثير من الماء في المنحل بالكهرباء ، فقد يحدث تفاعل جانبي لزيادة الضغط الداخلي للبطارية ، مما سيؤثر على السلامة. نظرًا لقيود عملية الإنتاج ، لا يمكن للمنتجات تحقيق تناسق جيد في عملية إنتاج القطب. على سبيل المثال ، قد يؤثر ضعف نعومة مصفوفة القطب ، وسفك المادة النشطة للإلكترود ، وخلط الشوائب الأخرى في المادة الفعالة ، ودرجة حرارة اللحام غير المستقرة ، والأزيز على حافة القطب وعدم استخدام الشريط العازل في الأجزاء الرئيسية سلبًا سلامة النواة.

(3) عيب تصميم البطارية ، يتم تقليل أداء السلامة.
في التصميم الهيكلي ، لم يتم الاهتمام بالعديد من النقاط الرئيسية التي تؤثر على السلامة من قبل الشركات المصنعة ، مثل عدم وجود شريط عازل في الأجزاء الرئيسية ، وعدم وجود هامش أو هامش غير كاف في تصميم الحجاب الحاجز ، والتصميم غير المعقول لنسبة سعة القطب الموجب والسالب ، والتصميم غير المعقول للإيجابي ونسبة مساحة المادة النشطة السلبية ، والتصميم غير المعقول لطول أذن القطب ، وما إلى ذلك ، كل هذا قد يؤدي إلى مخاطر خفية على سلامة البطارية. بالإضافة إلى ذلك ، في عملية إنتاج الخلايا ، يحاول بعض مصنعي البطاريات حفظ وضغط المواد الخام من أجل توفير التكاليف وتحسين الأداء ، مثل تقليل مساحة الحجاب الحاجز ، وترقيق رقائق النحاس ، ورقائق الألومنيوم ، وعدم استخدام صمام تخفيف الضغط ، وشريط العزل وما إلى ذلك وهلم جرا. كل هذا سيقلل من سلامة البطارية.

(4)كثافة الطاقة عالية جدًا.
في الوقت الحاضر ، يسعى السوق للحصول على منتجات بطاريات ذات قدرة أعلى ، والمصنعين من أجل زيادة القدرة التنافسية للمنتجات ، ومواصلة تحسين الطاقة المحددة لحجم بطاريات الليثيوم أيون ، مما يزيد بشكل كبير من مخاطر البطاريات.

ثالثا. تكنولوجيا الامن.
على الرغم من أن بطارية الليثيوم أيون بها العديد من المخاطر الخفية ، إلا أنه في ظل ظروف استخدام محددة ، فإن اعتماد بعض التدابير يمكن أن يتحكم بشكل فعال في حدوث ردود الفعل الجانبية وردود الفعل الشديدة في الخلية ويضمن استخدامها الآمن. فيما يلي مقدمة موجزة للعديد من تقنيات الأمان الشائعة الاستخدام لبطاريات الليثيوم أيون.

1> اختر المواد الخام مع عامل أمان أعلى.
اختر المواد الفعالة الإيجابية والسلبية والمواد الغشائية والإلكتروليتات مع عامل أمان أعلى.
أ) اختيار مواد الكاثود.
تعتمد سلامة مواد الكاثود بشكل أساسي على الجوانب الثلاثة التالية:
(1) ثبات الديناميكا الحرارية للمواد.
(2) الاستقرار الكيميائي للمواد.
(3) الخصائص الفيزيائية للمادة.

ب) اختيار مواد الحجاب الحاجز.
تتمثل الوظيفة الرئيسية للحجاب الحاجز في فصل الأقطاب الموجبة والسالبة للبطارية ، ومنع الأقطاب الموجبة والسالبة من الاتصال وقصر الدائرة ، ولديها القدرة على تمرير أيونات الإلكتروليت ، أي العزل الإلكتروني والتوصيل الأيوني . يجب الانتباه إلى النقاط التالية عند اختيار أغشية لبطاريات الليثيوم أيون:
(1) لها عزل إلكتروني لضمان العزل الميكانيكي للأقطاب الموجبة والسالبة.
(2) له قطر مسام معين ومسامية لضمان مقاومة منخفضة وموصلية أيونية عالية.
(3)تتمتع مادة الحجاب الحاجز 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 صغيرًا قدر الإمكان.
(6) يجب أن يكون للحجاب الحاجز سماكة معينة.
(7) يجب أن يكون للحجاب الحاجز قوة بدنية قوية وقدرة قوية بما فيه الكفاية لمكافحة الثقب.

ج) اختيار المنحلات بالكهرباء.
يعد الإلكتروليت جزءًا مهمًا من بطارية الليثيوم أيون ، التي تنقل وتوصل التيار بين الأقطاب الموجبة والسالبة لبطارية الليثيوم أيون. المنحل بالكهرباء المستخدم في بطارية الليثيوم أيون هو محلول إلكتروليت يتكون عن طريق إذابة ملح الليثيوم المناسب في مذيب عضوي غير بروتون مختلط. يجب أن يفي عادة بالمتطلبات التالية:
(1) ثبات كيميائي جيد ، لا يوجد تفاعل كيميائي مع مادة نشطة للإلكترود ، ومجمع التيار والحجاب الحاجز.
(2) الاستقرار الكهروكيميائي الجيد ونافذة كهروكيميائية واسعة.
(3) الموصلية العالية أيون الليثيوم والموصلية الإلكترونية المنخفضة.
(4) مجموعة واسعة من درجة حرارة السائل.
(5) آمنة وغير سامة وصديقة للبيئة.

تعزيز تصميم السلامة العام للخلية.
البطارية هي الوصلة التي تجمع بين جميع أنواع مواد البطارية ، وهي عبارة عن تكامل القطب الموجب والقطب السالب والحجاب الحاجز وأذن القطب وفيلم التغليف وما إلى ذلك. لا يؤثر تصميم هيكل البطارية على أداء المواد المختلفة فحسب ، بل يؤثر أيضًا بشكل كبير على الأداء الكهروكيميائي الكلي وأداء السلامة للبطارية. اختيار المواد وتصميم بنية الخلية هو نوع من العلاقة بين الجزء والكل. في تصميم البطارية ، يجب إنشاء وضع هيكل معقول وفقًا لخصائص المواد.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن اعتبار بعض أجهزة الحماية الإضافية في هيكل بطارية الليثيوم. تصميمات آلية الحماية الشائعة هي كما يلي: 1 يتم استخدام عنصر التبديل ، وتزداد مقاومته عندما ترتفع درجة الحرارة في البطارية ، وعندما تكون درجة الحرارة عالية جدًا ، سيتم إيقاف مصدر الطاقة تلقائيًا. (2) قم بإعداد صمام الأمان (أي الفتحة الموجودة أعلى البطارية). عندما يرتفع الضغط الداخلي للبطارية إلى قيمة معينة ، يفتح صمام الأمان تلقائيًا لضمان سلامة البطارية.

فيما يلي بعض الأمثلة على تصميم الأمان للهيكل الأساسي:
أ) نسبة السعة للأقطاب الموجبة والسالبة وحجم التصميم.
يتم اختيار النسبة المناسبة لقدرة القطب الموجب والسالب وفقًا لخصائص مواد القطب الموجب والسالب. تعتبر نسبة سعة القطب الموجب والسالبة رابطًا مهمًا يتعلق بسلامة بطارية أيون الليثيوم. إذا كانت السعة الإيجابية كبيرة جدًا ، فسيتم ترسيب الليثيوم المعدني على سطح القطب السالب. ستؤدي سعة البطارية ذات القطب السالب الكبير جدًا إلى خسارة كبيرة. بشكل عام ، N / P = 1.05 ~ 1.15 ، وقم بإجراء الخيارات المناسبة وفقًا لسعة البطارية الفعلية ومتطلبات السلامة. تم تصميم حجم الفيلم بحيث يكون موضع المعجون السلبي (المادة الفعالة) أكبر من المعجون الموجب ، ويجب أن يكون العرض أكبر بمقدار 1 مم والطول أكبر بمقدار 5 مم.
ب) يوجد هامش في عرض الحجاب الحاجز.
المبدأ العام لتصميم عرض الحجاب الحاجز هو منع قصر الدائرة الداخلية الناتج عن الاتصال المباشر للأقطاب الموجبة والسالبة. يؤدي الانكماش الحراري للحجاب الحاجز إلى تشوه الحجاب الحاجز في اتجاه الطول والعرض أثناء شحن البطارية وتفريغها وفي بيئة الصدمة الحرارية. تزيد مساحة طية الحجاب الحاجز من الاستقطاب نتيجة زيادة المسافة بين الأقطاب الموجبة والسالبة ، وتزيد منطقة شد الحجاب الحاجز من إمكانية حدوث ماس كهربائي صغير نتيجة ترقق الحجاب الحاجز. قد يؤدي تقلص منطقة حافة الحجاب الحاجز إلى حدوث ماس كهربائي داخلي ناتج عن التلامس المباشر بين الأقطاب الموجبة والسالبة ، مما قد يجعل البطارية خطرة بسبب الانحراف الحراري. لذلك ، عند تصميم البطارية ، يجب مراعاة خصائص انكماش الحجاب الحاجز عند استخدام مساحة وعرض الحجاب الحاجز ، ويكون الفاصل أكبر من الأنود والكاثود. بالنظر إلى أنه بالإضافة إلى خطأ العملية ، يجب أن يكون فيلم العزل أطول بمقدار 0.1 مم على الأقل من السطح الخارجي للقطب الكهربي.
ج) معالجة العزل.
تعد الدائرة القصيرة الداخلية عاملاً مهمًا في الخطر الخفي للسلامة لبطارية ليثيوم أيون. هناك العديد من الأماكن الخطرة المحتملة التي تتسبب في حدوث ماس كهربائي داخلي في التصميم الهيكلي لبطارية أيون الليثيوم ، لذلك يجب وضع التدابير اللازمة أو العزل في هذه المواقع الرئيسية. وذلك لمنع حدوث ماس كهربائي في البطارية في ظروف غير طبيعية مثل الحفاظ على المسافة اللازمة بين الأذنين الموجبة والسالبة. يجب لصق الشريط العازل على الموضع الأوسط غير اللاصق للجانب النهائي ، ويجب لف جميع الأجزاء المكشوفة ؛ يجب لصق شريط عازل بين رقائق الألومنيوم الموجبة والمواد الفعالة السلبية ؛ يجب تغطية جزء اللحام من أذن القطب بالكامل بشريط عازل ؛ يجب تغطية الجزء العلوي من القلب بشريط عازل ، إلخ.
د) نصب صمام الأمان (جهاز تنفيس الضغط).
غالبًا ما يكون سبب خطر بطارية الليثيوم أيون هو الانفجار والحريق الناجم عن درجة الحرارة أو الضغط الداخلي المفرط ؛ يمكن أن يؤدي إعداد جهاز معقول لتخفيف الضغط إلى تحرير الضغط والحرارة داخل البطارية بسرعة عند حدوث خطر وتقليل مخاطر الانفجار. مطلوب جهاز تخفيف الضغط المعقول ليس فقط لمواجهة الضغط الداخلي للبطارية عندما تعمل بشكل طبيعي ، ولكن أيضًا لفتح وتحرير الضغط تلقائيًا عندما يصل الضغط الداخلي إلى الحد الخطير. يحتاج موضع الإعداد لجهاز تخفيف الضغط إلى مراعاة خصائص تشوه غلاف البطارية بسبب زيادة الضغط الداخلي. يمكن تحقيق تصميم صمام الأمان من خلال الألواح الرقيقة والحواف والدرزات والخدوش.
(3) تحسين مستوى التكنولوجيا.
نسعى جاهدين للقيام بعمل جيد في توحيد وتوحيد عملية إنتاج البطاريات. في خطوات الخلط ، والطلاء ، والخبز ، والضغط ، والقطع واللف ، والتوحيد (مثل عرض الحجاب الحاجز ، وحقن الإلكتروليت ، وما إلى ذلك) ، وتحسين وسائل العملية (مثل طريقة حقن السائل بالضغط المنخفض ، وطريقة غلاف الطرد المركزي ، وما إلى ذلك) ، القيام بعمل جيد في التحكم في العملية ، وضمان جودة العملية ، وتقليل الاختلافات بين المنتجات. في الخطوات الرئيسية التي تؤثر على السلامة ، قم بإعداد خطوات خاصة (مثل إزالة الاستقطاب ، ومسحوق الكسح ، واستخدام طرق لحام مختلفة لمواد مختلفة ، وما إلى ذلك) ، وتنفيذ مراقبة الجودة الموحدة ، وإزالة الأجزاء المعيبة ، والقضاء على المنتجات المعيبة (مثل تشوه القطب الكهربائي ، ثقب الحجاب الحاجز ، وتسرب المواد الفعالة وتسرب المنحل بالكهرباء ، وما إلى ذلك).