Yếu tố nào ảnh hưởng đến thiết kế an toàn của pin lithium? Tăng cường thiết kế an toàn tổng thể của pin
Tế bào pin là mắt xích kết hợp các chất khác nhau của pin. Đó là sự tích hợp của điện cực dương, điện cực âm, màng ngăn, tab và màng đóng gói. Thiết kế cấu trúc của pin không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của các vật liệu khác nhau mà còn ảnh hưởng đến tổng thể pin. Hiệu suất điện hóa và hiệu suất an toàn có tác động quan trọng. Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế cấu trúc tế bào chính xác là mối quan hệ giữa bộ phận và tổng thể. Trong thiết kế tế bào, cần xây dựng mô hình cấu trúc hợp lý kết hợp với các đặc tính của vật liệu.
Ngoài ra, một số thiết bị bảo vệ bổ sung cũng có thể được xem xét trong cấu trúc của pin lithium. Cơ chế bảo vệ chung được thiết kế như sau:
1 Sử dụng bộ phận chuyển mạch, khi nhiệt độ trong pin tăng lên, giá trị điện trở của nó tăng lên và khi nhiệt độ quá cao, nó sẽ tự động ngừng cung cấp điện;
2 Đặt van an toàn (tức là lỗ thông hơi trên đỉnh pin), 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.
Sau đây là một số ví dụ về thiết kế an toàn của cấu trúc tế bào:
a) Tỷ lệ công suất dương, âm và kích thước thiết kế
Chọn tỷ lệ công suất thích hợp của điện cực dương và âm theo đặc tính của vật liệu dương và âm. Tỷ lệ dung lượng dương và âm của các tế bào là một mắt xích quan trọng liên quan đến sự an toàn của pin lithium-ion. Nếu điện tích dương quá lớn, lithium kim loại sẽ xuất hiện trên bề mặt điện cực âm. Nếu điện cực âm quá lớn thì dung lượng của pin sẽ bị hao hụt rất nhiều. Nói chung, N/P=1,05～1,15 và đưa ra lựa chọn phù hợp dựa trên dung lượng pin thực tế và yêu cầu an toàn. Thiết kế các miếng lớn nhỏ sao cho vị trí miếng dán điện cực âm (vật liệu hoạt tính) che phủ (lớn hơn) vị trí miếng dán điện cực dương. Nói chung, chiều rộng phải lớn hơn 1-5 mm và chiều dài nên lớn hơn 5-10 mm.
b) Có giới hạn cho chiều rộng của màng ngăn
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 màng ngăn bị co nhiệt trong quá trình sạc, xả pin và trong môi trường sốc nhiệt, màng ngăn bị biến dạng theo chiều dài và chiều rộng, màng ngăn bị biến dạng theo chiều dài và rộng. Vùng nhăn làm tăng độ phân cực do tăng khoảng cách giữa cực dương và cực âm; diện tích màng bị kéo căng làm tăng khả năng xảy ra đoản mạch vi mô do màng ngăn bị mỏng đi; sự co rút của khu vực cạnh của màng ngăn có thể dẫn đến sự kết nối trực tiếp của các điện cực dương và âm. Xảy ra hiện tượng đoản mạch khi tiếp xúc và bên trong, có thể khiến pin trở nên nguy hiểm do thoát nhiệt. Do đó, khi thiết kế pin, việc sử dụng diện tích và chiều rộng của dải phân cách phải xem xét đặc tính co ngót của nó và dải phân cách lớn hơn cực dương và cực âm. Xét đến lỗi quy trình, màng cách ly phải dài hơn mép ngoài của mảnh cực ít nhất 0,1mm.
c) Xử lý cách nhiệt
Đoản mạch bên trong là một yếu tố quan trọng gây ra các mối nguy hiểm tiềm ẩn về an toàn của pin lithium-ion. Có nhiều bộ phận nguy hiểm tiềm tàng gây ra đoản mạch bên trong trong thiết kế cấu trúc của pin. Vì vậy, cần đặt các biện pháp cần thiết hoặc cách nhiệt tại các vị trí quan trọng này để ngăn chặn các tình trạng bất thường. Ví dụ, trong trường hợp pin bị đoản mạch: duy trì khoảng cách cần thiết giữa tai dương và âm; đặt băng cách điện ở giữa mà không cần dán ở một bên của đầu và che tất cả các phần tiếp xúc; dán băng cách điện giữa lá nhôm dương và vật liệu hoạt tính âm; ứng dụng Băng cách điện sẽ bao phủ tất cả các bộ phận hàn của tab; băng cách điện được sử dụng trên đầu tế bào.
d) Đặt van an toàn (thiết bị giảm áp)
Pin lithium-ion rất nguy hiểm, thường do nhiệt độ bên trong quá cao hoặc áp suất quá cao, gây cháy nổ; Việc thiết lập một thiết bị giảm áp hợp lý có thể nhanh chóng giải phóng áp suất và nhiệt bên trong pin khi nguy hiểm xảy ra, giảm nguy cơ cháy nổ. Cần có một thiết bị giảm áp hợp lý để không chỉ đáp ứng được áp suất bên trong của ắc quy khi hoạt động bình thường mà còn có thể tự động mở để giảm áp khi áp suất bên trong đạt đến giới hạn nguy hiểm. Đặc điểm biến dạng theo thiết kế; thiết kế của van an toàn có thể đạt được bằng các tấm mỏng, các cạnh, đường nối và rãnh.
3 Nâng cao trình độ tay nghề
Nỗ lực làm tốt công tác chuẩn hóa, tiêu chuẩn hóa quy trình sản xuất pin. Trong các bước trộn, phủ, nung, nén, rạch và cuộn, hãy xây dựng tiêu chuẩn hóa (như chiều rộng màng ngăn, thể tích phun chất điện phân, v.v.) và cải tiến các phương pháp xử lý (như phương pháp phun áp suất thấp, phương pháp Shell ly tâm, v.v.) .), làm tốt công tác kiểm soát quy trình, đảm bảo chất lượng quy trình, giảm thiểu sự khác biệt giữa các sản phẩm; thiết lập các bước đặc biệt trong các bước chính có ảnh hưởng đến an toàn (chẳng hạn như mài giũa, quét bột và hàn khác nhau cho các vật liệu khác nhau). phương pháp, v.v.), thực hiện giám sát chất lượng được tiêu chuẩn hóa, loại bỏ các bộ phận bị lỗi và loại trừ các sản phẩm bị lỗi (chẳng hạn như biến dạng mảnh cực, thủng màng ngăn, bong tróc vật liệu hoạt động và rò rỉ chất điện phân, v.v.); giữ cho nơi sản xuất gọn gàng, sạch sẽ, đồng thời thực hiện quản lý 5S và kiểm soát chất lượng 6 -Sigma để ngăn chặn tạp chất, hơi ẩm lẫn vào trong sản xuất và giảm thiểu ảnh hưởng của các tình huống bất ngờ trong sản xuất đến an toàn.
