سلامة وحل بطارية الليثيوم
مع انتشار الهواتف المحمولة والمنتجات الرقمية والسيارات الكهربائية ، تلعب بطاريات الليثيوم أيون دورًا متزايد الأهمية في حياة الناس &. غالبًا ما يتم انتقاد مشكلات الاستخدام مثل كثافة الطاقة المنخفضة ودورة الحياة المحدودة. ومع ذلك ، بالمقارنة مع هذه المشاكل ، فإن سلامة بطاريات الليثيوم هي محور الاهتمام.
في السنوات الأخيرة ، تكثر الحوادث الناجمة عن مشكلات سلامة البطاريات ، وكانت عواقب العديد من المشاكل مروعة ، مثل حادثة الحريق على بطارية الليثيوم لطائرة بوينج 787 دريملاينر التي صدمت الصناعة ، وحريق البطارية وانفجارها على نطاق واسع. على Samsung Galaxy Note 7. دقت سلامة بطاريات الليثيوم أيون الإنذار مرة أخرى.
تكوين ومبدأ عمل بطارية ليثيوم أيون
تتكون بطاريات ليثيوم أيون بشكل أساسي من قطب موجب ، وإلكترود سالب ، وإلكتروليت ، وفاصل ، ووصلة خارجية ، ومكونات تغليف. من بينها ، يحتوي القطب الموجب والقطب السالب على مواد إلكترود نشطة ، وعوامل موصلة ، ومجلدات ، وما إلى ذلك ، وهي مغلفة بشكل موحد على رقائق النحاس ومجمعات تيار رقائق الألومنيوم.
إن إمكانات القطب الموجب لبطاريات الليثيوم أيون عالية نسبيًا ، وغالبًا ما تكون أكاسيد معدنية انتقالية مقسمة بالليثيوم ، أو مركبات بوليانيونيك ، مثل كوبالتات الليثيوم ، ومنجنات الليثيوم ، والثالث ، وفوسفات حديد الليثيوم ، وما إلى ذلك ؛ المواد السلبية لبطارية الليثيوم أيون عادة ما تكون مواد كربونية ، مثل الجرافيت والكربون غير الجرافيت ؛ يعتبر إلكتروليت بطارية الليثيوم أيون بشكل أساسي محلول غير مائي ، ويتكون من مذيب عضوي مختلط وملح الليثيوم ، والمذيب هو في الغالب مذيب عضوي مثل حمض الكربونيك ، وملح الليثيوم هو في الغالب ملح أحادي التكافؤ من الليثيوم متعدد الأيونات ، مثل سداسي فلورو فوسفات الليثيوم ، إلخ ؛ فواصل بطاريات الليثيوم أيون هي في الغالب أغشية مسامية من البولي إيثيلين والبولي بروبيلين ، والتي تعزل المواد الموجبة والسالبة ، وتمنع الدوائر القصيرة الناتجة عن مرور الإلكترونات ، وتسمح بمرور الأيونات في الإلكتروليت.
أثناء عملية الشحن ، داخل البطارية ، يُستخرج الليثيوم من القطب الموجب على شكل أيونات ، وينقل بواسطة الإلكتروليت عبر الحجاب الحاجز ، ويُدرج في القطب السالب ؛ خارج البطارية ، تهاجر الإلكترونات من الدائرة الخارجية إلى القطب السالب. في عملية التفريغ: يتم استخراج أيونات الليثيوم داخل البطارية من القطب السالب ، وتمر عبر الحجاب الحاجز ، ويتم تضمينها في القطب الموجب ؛ خارج البطارية ، تهاجر الإلكترونات من الدائرة الخارجية إلى القطب الموجب. مع الشحن والتفريغ ، يكون&مثل ؛ ليثيوم أيون&مثل ؛ التي تنتقل بين البطاريات بدلاً من العناصر&مثل ؛ الليثيوم&مثل ؛ لذلك تسمى البطارية&مثل ؛ بطارية ليثيوم أيون&مثل ؛.
ثانيًا ، مخاطر سلامة بطاريات الليثيوم أيون
بشكل عام ، تظهر مشاكل سلامة بطاريات الليثيوم أيون نفسها على أنها احتراق أو حتى انفجار. السبب الجذري لهذه المشاكل هو الهروب الحراري داخل البطارية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تؤدي بعض العوامل الخارجية ، مثل الشحن الزائد ، والحريق ، والضغط ، والثقب ، والدائرة القصيرة ، إلى حدوث مشكلات أمنية. تولد بطاريات الليثيوم أيون الحرارة أثناء الشحن والتفريغ. إذا تجاوزت الحرارة المتولدة قدرة تبديد الحرارة للبطارية ، فسوف ترتفع درجة حرارة بطارية الليثيوم أيون ، وستتحلل مادة البطارية بغشاء SEI ، وتتحلل الإلكتروليت ، وتحلل القطب الموجب ، والقطب السالب ، والتفاعلات الجانبية المدمرة مثل تفاعل المنحل بالكهرباء و رد فعل القطب السالب والموثق.
1 مخاطر سلامة مواد الكاثود
عندما يتم استخدام بطارية الليثيوم أيون بشكل غير صحيح ، ستزداد درجة الحرارة الداخلية للبطارية ، وسوف تتحلل المادة الفعالة لمادة القطب الموجب ويتأكسد الإلكتروليت. في الوقت نفسه ، يمكن أن يولد هذان التفاعلان الكثير من الحرارة ، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة البطارية بشكل أكبر. حالات التفكيك المختلفة لها تأثيرات مختلفة جدًا على التحويل الشبكي للمادة النشطة ، ودرجة حرارة التحلل ، والاستقرار الحراري للبطارية.
2 مخاطر سلامة مواد الأنود
كانت مادة القطب السالب المستخدمة في الأيام الأولى هي الليثيوم المعدني ، وكانت البطارية المجمعة عرضة لإنتاج تشعبات الليثيوم بعد الشحن والتفريغ المتكرر ، والتي من شأنها أن تخترق الحجاب الحاجز ، مما يتسبب في قصر دائرة البطارية ، والتسرب وحتى الانفجار. يمكن لمركبات إقحام الليثيوم أن تتجنب بشكل فعال توليد تشعبات الليثيوم وتحسن بشكل كبير من سلامة بطاريات الليثيوم أيون. مع زيادة درجة الحرارة ، يتفاعل القطب السالب الكربوني في حالة إقحام الليثيوم أولاً مع الإلكتروليت بشكل طارد للحرارة. في ظل نفس ظروف الشحن والتفريغ ، يكون معدل إطلاق الحرارة للتفاعل بين المنحل بالكهرباء والجرافيت الاصطناعي المقسم بالليثيوم أكبر بكثير من التفاعل مع الكرات الدقيقة الكربونية متوسطة الطور الليثيوم ، وألياف الكربون ، وفحم الكوك ، إلخ.
3 مخاطر سلامة الحجاب الحاجز والكهارل
إلكتروليت بطارية الليثيوم أيون هو محلول مختلط من ملح الليثيوم ومذيب عضوي. ملح الليثيوم التجاري هو سداسي فلورو فوسفات الليثيوم. الثبات الحراري للكهارل. المذيب العضوي للإلكتروليت هو الكربونات ، التي لها نقطة غليان منخفضة ونقطة وميض ، ومن السهل أن تتفاعل مع ملح الليثيوم لإطلاق PF5 عند درجة حرارة عالية ، ومن السهل أن تتأكسد.
4 مخاطر السلامة المخفية في عملية التصنيع
أثناء عملية تصنيع بطاريات أيونات الليثيوم ، سيكون لعمليات مثل تصنيع الأقطاب الكهربائية وتجميع البطاريات تأثير على سلامة البطارية. تؤثر مراقبة الجودة في العمليات المختلفة مثل خلط الإلكترود الإيجابي والسلبي ، والطلاء ، والدرفلة ، والقطع أو التثقيب ، والتجميع ، وملء المنحل بالكهرباء ، والختم ، والتشكيل على أداء وسلامة البطارية. يحدد انتظام الملاط تجانس توزيع المادة الفعالة على القطب ، مما يؤثر على سلامة البطارية. إذا كانت صفاء الملاط كبيرة جدًا ، فإن مادة القطب السالب ستخضع لتغييرات كبيرة نسبيًا أثناء الشحن والتفريغ ، وقد يحدث ترسيب الليثيوم المعدني ؛ إذا كانت صفاء الطين صغيرة جدًا ، فستكون المقاومة الداخلية للبطارية كبيرة جدًا. إذا كانت درجة حرارة تسخين الطلاء منخفضة جدًا أو كان وقت التجفيف غير كافٍ ، فسيظل المذيب ، وسيتم إذابة المادة الرابطة جزئيًا ، مما يتسبب في سهولة تقشير بعض المواد الفعالة ؛ قد تتسبب درجة الحرارة العالية جدًا في تفحيم مادة الربط ، وقد تسقط المواد النشطة وتتسبب في حدوث دوائر قصر داخلية في البطارية.
5 مخاطر محتملة تتعلق بالسلامة أثناء استخدام البطارية
يجب أن تقلل بطاريات الليثيوم أيون الشحن الزائد أو الإفراط في التفريغ أثناء الاستخدام. خاصة بالنسبة للبطاريات ذات السعة الأحادية العالية ، قد يتسبب الاضطراب الحراري في سلسلة من التفاعلات الجانبية الطاردة للحرارة ، مما يؤدي إلى مشكلات تتعلق بالسلامة.
ثلاثة مؤشرات لاختبار سلامة بطارية ليثيوم أيون
بعد إنتاج بطارية الليثيوم أيون ، قبل أن تصل إلى المستهلك ، يلزم إجراء سلسلة من الاختبارات لضمان سلامة البطارية قدر الإمكان وتقليل مخاطر السلامة المحتملة.
1. اختبار الضغط: ضع البطارية المشحونة بالكامل على سطح مستو ، واستخدم ضغطًا قدره 13 ± 1KN بواسطة أسطوانة هيدروليكية ، واضغط على البطارية من السطح المسطح لقضيب فولاذي بقطر 32 مم. بمجرد أن يصل ضغط الضغط إلى الحد الأقصى للتوقف. Squeeze ، لا تشتعل النيران بالبطارية ، فقط لا تنفجر&# 39 ؛ t.
2. اختبار التأثير: بعد شحن البطارية بالكامل ، ضعها على سطح مستوٍ ، ضع عمودًا فولاذيًا بقطر 15.8 مم عموديًا في منتصف البطارية ، وقم بإسقاط وزن 9.1 كجم بحرية من ارتفاع 610 مم فوق العمود الصلب فوق البطارية. البطارية لا تشتعل فيها النيران أو تنفجر.
3. اختبار الشحن الزائد: اشحن البطارية بالكامل بدرجة 1C ، وقم بإجراء اختبار الشحن الزائد وفقًا لشحن 3C الزائد 10V. عند زيادة شحن البطارية ، يرتفع الجهد إلى جهد معين ويستقر لفترة من الوقت. عندما يقترب من فترة زمنية معينة ، يرتفع جهد البطارية بسرعة. عند الوصول إلى حد معين ، يتم سحب الغطاء العلوي للبطارية ، وينخفض الجهد إلى 0 فولت ، ولا تشتعل النيران أو تنفجر البطارية.
4. اختبار الدارة القصيرة: بعد شحن البطارية بالكامل ، يتم تقصير دائرة القطب الموجب والسالب للبطارية بسلك لا تزيد مقاومته عن 50mΩ ، ويتم اختبار درجة حرارة سطح البطارية. أقصى درجة حرارة لسطح البطارية 140 ℃. غطاء البطارية مفتوح والبطارية لا تشتعل فيها النيران أو تنفجر. .
5. اختبار الوخز بالإبر: ضع البطارية المشحونة بالكامل على سطح مستو ، واخترق البطارية في الاتجاه الشعاعي بإبرة فولاذية بقطر 3 مم. بطارية الاختبار لا تشتعل فيها النيران أو تنفجر.
6. اختبار دورة درجة الحرارة: يستخدم اختبار دورة درجة الحرارة لبطارية ليثيوم أيون لمحاكاة سلامة بطارية أيون الليثيوم عندما تتعرض بشكل متكرر لدرجات حرارة منخفضة وبيئة درجة حرارة عالية أثناء النقل أو التخزين. الاختبار هو استخدام التغييرات السريعة والمتطرفة في درجة الحرارة. بعد الاختبار ، يجب ألا تنطلق العينة أو تنفجر أو تتسرب.
أربعة حلول أمان لبطاريات الليثيوم أيون
في ضوء العديد من مخاطر السلامة الخفية لبطاريات الليثيوم أيون في المواد والتصنيع والاستخدام ، فإن كيفية تحسين الأجزاء المعرضة لمشاكل السلامة هي مشكلة يحتاج مصنعو بطاريات الليثيوم أيون إلى حلها.
1 تحسين سلامة المنحل بالكهرباء
يوجد نشاط تفاعل مرتفع بين الإلكتروليت والأقطاب الموجبة والسالبة ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة. من أجل تحسين سلامة البطارية ، يعد تحسين سلامة الإلكتروليت أحد أكثر الطرق فعالية. يمكن حل مخاطر السلامة المحتملة للكهارل بشكل فعال عن طريق إضافة إضافات وظيفية ، واستخدام أملاح الليثيوم الجديدة واستخدام مذيبات جديدة.
وفقًا للوظائف المختلفة للإضافات ، يمكن تقسيمها إلى الفئات التالية: إضافات حماية السلامة ، والإضافات المكونة للفيلم ، وإضافات حماية القطب الموجب ، وإضافات ملح الليثيوم الثابتة ، وإضافات تعزيز ترسيب الليثيوم ، والإضافات الحالية المضادة للتآكل للمجمع ، والمواد المضافة المعززة للبلل. .
من أجل تحسين أداء أملاح الليثيوم التجارية ، قام الباحثون باستبدال الذرات عليها وحصلوا على العديد من المشتقات. من بينها ، للمركبات التي يتم الحصول عليها عن طريق استبدال الذرات بمجموعات البيرفلورو ألكيل العديد من المزايا مثل نقطة الوميض العالية والموصلية المماثلة ومقاومة الماء المحسنة. ، هو نوع من مركب ملح الليثيوم مع آفاق تطبيق كبيرة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ملح الليثيوم الأنيوني الذي يتم الحصول عليه عن طريق مخلب ذرة البورون مع ليجند الأكسجين يتمتع باستقرار حراري مرتفع.
فيما يتعلق بالمذيبات ، اقترح العديد من الباحثين سلسلة من المذيبات العضوية الجديدة ، مثل إسترات حمض الكربوكسيل والإيثرات العضوية. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي السوائل الأيونية أيضًا على فئة من الإلكتروليتات ذات الأمان العالي ، ولكنها شائع الاستخدام نسبيًا القائمة على الكربونات. إن لزوجة السوائل الأيونية أعلى من حيث الحجم ، كما أن الموصلية ومعامل الانتشار الذاتي للأيونات منخفضان. لا يزال هناك الكثير من العمل قبل التطبيق العملي. لكى يفعل.
2 تحسين سلامة مواد القطب
تعتبر فوسفات الحديد الليثيوم والمواد المركبة الثلاثية منخفضة التكلفة ،&مثل ؛ سلامة ممتازة&مثل ؛ مواد الكاثود ، وقد تكون شائعة في صناعة السيارات الكهربائية. بالنسبة لمادة القطب الموجب ، فإن الطريقة الشائعة لتحسين سلامتها هي تعديل الطلاء. على سبيل المثال ، يمكن لطلاء سطح مادة القطب الموجب بأكسيد معدني أن يمنع الاتصال المباشر بين مادة القطب الموجب والإلكتروليت ، ويمنع تغيير طور مادة القطب الموجب ، ويحسن استقراره الهيكلي يقلل من اضطراب الكاتيونات في الشبكة البلورية لتقليل توليد الحرارة من خلال التفاعلات الجانبية.
بالنسبة لمادة القطب السالب ، نظرًا لأن السطح غالبًا ما يكون أكثر عرضة للتحلل الكيميائي الحراري وتوليد الحرارة في بطارية أيون الليثيوم ، فإن تحسين الاستقرار الحراري لفيلم SEI هو طريقة رئيسية لتحسين سلامة مادة القطب السالب. من خلال الأكسدة الضعيفة ، ترسب أكسيد المعدن والمعدن ، طلاء البوليمر أو الكربون ، يمكن تحسين الاستقرار الحراري لمادة القطب السالب.
3 تحسين تصميم حماية سلامة البطارية
بالإضافة إلى تحسين سلامة مواد البطاريات ، تتبنى بطاريات الليثيوم أيون التجارية العديد من تدابير حماية السلامة ، مثل ضبط صمامات أمان البطارية ، والصمامات الحرارية ، وربط المكونات مع معاملات درجة الحرارة الإيجابية في السلسلة ، واستخدام أغشية محكمة الغلق حرارياً ، وتحميل دوائر حماية مخصصة ، ونظام إدارة البطارية المخصص ، وما إلى ذلك ، هو أيضًا وسيلة لتعزيز الأمان.
خمسة مزود حلول سلامة بطارية ليثيوم أيون
نظرًا لأن سلامة بطاريات الليثيوم أيون قد اجتذبت المزيد والمزيد من الاهتمام ، فقد أجرت العديد من الشركات البحث والتطوير على وجه التحديد لمخاطر السلامة المحتملة في بطاريات الليثيوم أيون ، وطرح حلولًا فعالة لسلامة البطاريات.
بصفتها أول باحث في مجال الإنذار الحراري لبطارية الطاقة المحلية وتكنولوجيا السلامة ورائدة في صندوق البطارية جهاز إطفاء حريق أوتوماتيكي خاص ، كانت Chuangwei New Energy رائدة في نموذج" ؛ نموذج الهروب الحراري لبطارية الليثيوم أيون&مثل ؛، تعزيز مراقبة صندوق البطارية الحرارية الجامحة وإطفاء الحرائق التلقائي. تطبيق واسع النطاق للتكنولوجيا.
طراز"؛ بطارية ليثيوم أيون الحرارية الجامحة&مثل؛ ينقسم إلى ثلاثة أبعاد: عمودي وأفقي وعمودي. الاتجاه الرأسي هو تكرار البيانات لأجهزة الاستشعار المتعددة ، أي مجموعات متعددة من بيانات أجهزة الاستشعار في نفس البيئة مُجهزة لمحاكاة منحنى توصيف البيانات للمواد المختلفة والبيئات المختلفة ؛ الاتجاه الأفقي هو خوارزمية الوقت المستمر للبيانات التاريخية لجهاز الاستشعار للقضاء على تداخل الضوضاء بشكل فعال في حل مشاكل الإنذارات الكاذبة والإنذارات الكاذبة وتأخر الإنذار المبكر في طريقة العتبة ؛ يتم استخدام الثقب الرأسي وتراكم الإبرة الحادة وطرق أخرى لمحاكاة عملية الهروب الحراري لأنواع مختلفة من بطاريات الطاقة.
من خلال الاندماج ثلاثي الأبعاد ، والطرق الرياضية ، بناءً على عدد كبير من التجارب وبيانات التشغيل الحقيقية ، يتم تلخيص العلاقة الداخلية بين المتغيرات المختلفة الناتجة عن الهروب الحراري ، ويتم استخدام المبادئ العصبية لتشكيل صورة ذاتية مبكرة للغاية وموثوقة للغاية وذاتية. - تشغيل&مثل ؛ أيون الليثيوم&مثل ؛ نموذج البطارية الجامح الحراري&مثل؛ يدرك الإنذار المبكر والتحكم الذكي بالمخاطر الخفية في عمر البطارية.
أثبت عدد كبير من أمثلة الإنذار المبكر التي حدثت أثناء التشغيل الفعلي للمركبة فعالية هذا النموذج وتقدمه ، مما يجعله التكنولوجيا الأساسية للتحذير من الهروب الحراري الحالي لصندوق البطارية وإطفاء الحريق تلقائيًا.
بطارية Shenzhen Benwei هي شركة ذات تقنية عالية متخصصة في R&أمبير ؛ D ، وإنتاج وبيع بطاريات الليثيوم أيون. تغطي مجالات تطبيق منتجاتها: بطاريات الليثيوم للمركبة الكهربائية ، وبطاريات طاقة الليثيوم ، وبطاريات الليثيوم لتخزين الطاقة ، وما إلى ذلك. تحافظ الشركة ومصنعي خلايا البطارية على استقرار طويل الأجل ، وعلاقة تعاونية ، وتطبيق أحدث الإنجازات والمفاهيم التكنولوجية على سلسلة المنتجات بأكملها عمليات التنمية. ورشة التصنيع مجهزة بمعدات إنتاج متقدمة وأدوات اختبار من الدرجة الأولى. في الوقت نفسه ، لديها مجموعة من فرق إدارة الإنتاج والجودة المحترفة ، بدقة في كل خطوة من رابط الإنتاج ، ومن خلال التحسين والتحسين المستمر في العملية لضمان سلامة البطارية.
