فناوری خطر و ایمنی باتری لیتیوم یونی (1)

1. خطر باتری لیتیوم یونی

باتری لیتیوم یونی به دلیل ویژگی های شیمیایی و ترکیب سیستم، یک منبع انرژی شیمیایی بالقوه خطرناک است.

(1) فعالیت شیمیایی بالا

لیتیوم عنصر اصلی گروه I در دوره دوم جدول تناوبی با خواص شیمیایی بسیار فعال است.

（2） چگالی انرژی بالا

باتری‌های لیتیوم یون انرژی ویژه بسیار بالایی دارند (≥ 140 Wh/kg)، که چندین برابر باتری‌های نیکل کادمیوم، نیکل هیدروژن و سایر باتری‌های ثانویه است.اگر واکنش حرارتی فراری رخ دهد، گرمای زیادی آزاد می شود که به راحتی منجر به رفتار ناایمن می شود.

(3) سیستم الکترولیت آلی را بپذیرید

حلال آلی سیستم الکترولیت آلی هیدروکربن، با ولتاژ تجزیه کم، اکسیداسیون آسان و حلال قابل اشتعال است.در صورت نشتی، باتری آتش می گیرد، حتی می سوزد و منفجر می شود.

（4） احتمال زیاد عوارض جانبی

در فرآیند استفاده عادی از باتری لیتیوم یونی، واکنش شیمیایی مثبت تبدیل متقابل بین انرژی الکتریکی و انرژی شیمیایی در داخل آن انجام می شود.با این حال، تحت شرایط خاص، مانند شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد یا عملکرد بیش از حد فعلی، ایجاد واکنش های جانبی شیمیایی در داخل باتری آسان است.هنگامی که واکنش جانبی تشدید می شود، عملکرد و عمر باتری را به طور جدی تحت تاثیر قرار می دهد و ممکن است مقدار زیادی گاز تولید کند که پس از افزایش سریع فشار داخل باتری باعث انفجار و آتش سوزی می شود که منجر به مشکلات ایمنی می شود.

(5) ساختار مواد الکترود ناپایدار است

واکنش شارژ بیش از حد باتری لیتیوم یون ساختار ماده کاتد را تغییر می دهد و باعث می شود که ماده اثر اکسیداسیون قوی داشته باشد، به طوری که حلال در الکترولیت اکسیداسیون قوی خواهد داشت.و این تاثیر غیر قابل برگشت است.اگر گرمای ناشی از واکنش جمع شود، خطر ایجاد فرار حرارتی وجود خواهد داشت.

2. تجزیه و تحلیل مشکلات ایمنی محصولات باتری لیتیوم یون

پس از 30 سال توسعه صنعتی، محصولات باتری لیتیوم یون پیشرفت زیادی در فناوری ایمنی داشته اند، به طور موثری وقوع واکنش های جانبی در باتری را کنترل کرده و ایمنی باتری را تضمین می کنند.با این حال، از آنجایی که باتری‌های لیتیوم یونی به طور گسترده‌تری مورد استفاده قرار می‌گیرند و چگالی انرژی آن‌ها بیشتر و بیشتر می‌شود، هنوز هم حوادث زیادی مانند صدمات ناشی از انفجار یا فراخوان محصول به دلیل خطرات ایمنی بالقوه در سال‌های اخیر وجود دارد.ما نتیجه می گیریم که دلایل اصلی مشکلات ایمنی محصولات باتری لیتیوم یون به شرح زیر است:

(1) مشکل اصلی مواد

مواد مورد استفاده برای هسته الکتریکی شامل مواد فعال مثبت، مواد فعال منفی، دیافراگم ها، الکترولیت ها و پوسته ها و غیره است. انتخاب مواد و تطبیق سیستم ترکیب، عملکرد ایمنی هسته الکتریکی را تعیین می کند.هنگام انتخاب مواد فعال مثبت و منفی و مواد دیافراگمی، سازنده ارزیابی خاصی در مورد ویژگی‌ها و تطابق مواد خام انجام نداده است که منجر به نقص مادرزادی در ایمنی سلول می‌شود.

（2） مشکلات فرآیند تولید

مواد اولیه سلول به طور دقیق آزمایش نمی شوند و محیط تولید ضعیف است که منجر به ناخالصی در تولید می شود که نه تنها برای ظرفیت باتری مضر است، بلکه تأثیر زیادی بر ایمنی باتری دارد.علاوه بر این، اگر آب بیش از حد در الکترولیت مخلوط شود، ممکن است واکنش های جانبی رخ دهد و فشار داخلی باتری را افزایش دهد که بر ایمنی تأثیر می گذارد.به دلیل محدودیت سطح فرآیند تولید، در طول تولید هسته الکتریکی، محصول نمی تواند به قوام خوبی دست یابد، مانند صافی ضعیف ماتریس الکترود، ریزش مواد الکترود فعال، مخلوط شدن سایر ناخالصی ها در مواد فعال، جوش ناامن لنگه الکترود، دمای جوش ناپایدار، سوراخ‌های لبه قطعه الکترود و عدم استفاده از نوار عایق در قطعات کلیدی، که ممکن است بر ایمنی هسته الکتریکی تأثیر منفی بگذارد. .

(3) نقص طراحی هسته الکتریکی عملکرد ایمنی را کاهش می دهد

از نظر طراحی سازه، بسیاری از نکات کلیدی که در ایمنی تاثیر دارند، توسط سازنده توجه نشده است.به عنوان مثال، در قسمت های کلیدی نوار عایق وجود ندارد، در طراحی دیافراگم حاشیه یا حاشیه کافی باقی نمانده است، طراحی نسبت ظرفیت الکترودهای مثبت و منفی غیر منطقی است، طراحی نسبت مساحت فعال مثبت و منفی مواد غیر منطقی است و طراحی طول بند غیر منطقی است که ممکن است خطرات پنهانی برای ایمنی باتری ایجاد کند.علاوه بر این، در فرآیند تولید سلول، برخی از تولیدکنندگان سلول برای صرفه جویی در هزینه ها و بهبود عملکرد، سعی در صرفه جویی و فشرده سازی مواد اولیه مانند کاهش مساحت دیافراگم، کاهش فویل مس، فویل آلومینیوم و عدم استفاده از شیر کاهش فشار یا نوار عایق، که ایمنی باتری را کاهش می دهد.

(4) چگالی انرژی خیلی بالا

در حال حاضر بازار به دنبال محصولات باتری با ظرفیت بالاتر است.به منظور افزایش رقابت پذیری محصولات، تولید کنندگان همچنان به بهبود حجم انرژی ویژه باتری های لیتیوم یونی ادامه می دهند که خطر باتری ها را به شدت افزایش می دهد.