Problèmes de sécurité et technologies de sécurité des batteries lithium-ion
Problèmes de sécurité et technologies de sécurité des batteries lithium-ion
1. Les dangers des batteries lithium-ion
Activité chimique élevée
Le lithium est un élément du premier groupe de la deuxième période du tableau périodique et possède des propriétés chimiques extrêmement réactives.
Haute densité énergétique
Les batteries lithium-ion possèdent une énergie spécifique extrêmement élevée (≥ 140 Wh/kg), plusieurs fois supérieure à celle des batteries secondaires telles que les batteries nickel-cadmium et nickel-hydrure métallique. En cas d'emballement thermique, une importante quantité de chaleur est dégagée, ce qui peut facilement engendrer un comportement dangereux.
Application du système d'électrolyte organique
Le solvant organique du système électrolytique organique est un hydrocarbure, qui possède une faible tension de décomposition, s'oxyde facilement et est inflammable ; en cas de fuite, cela provoquera… Batterie prendre feu, voire brûler et exploser.
Forte probabilité d'effets secondaires
En utilisation normale, les batteries lithium-ion subissent une réaction chimique positive au cours de laquelle l'énergie électrique est convertie en énergie chimique. Cependant, dans certaines conditions telles que la surcharge, la décharge excessive ou la surintensité, des réactions chimiques parasites sont susceptibles de se produire à l'intérieur de la batterie. Lorsque ces réactions s'intensifient, elles peuvent affecter gravement les performances et la durée de vie de la batterie et générer une grande quantité de gaz, provoquant une augmentation rapide de la pression interne et un risque d'explosion et d'incendie, ce qui représente un danger.
La structure du matériau d'électrode est instable.
La surcharge des batteries lithium-ion modifie la structure du matériau de l'électrode positive et provoque une forte oxydation de ce matériau, entraînant une forte oxydation du solvant dans l'électrolyte ; cette réaction est irréversible.partenaireSi la chaleur générée par la réaction s'accumule, il y aura un risque d'emballement thermique.
2. Analyse des causes des problèmes de sécurité des produits de batteries lithium-ion
Problèmes liés aux matériaux des batteries
Les matériaux utilisés dans les batteries comprennent : les matériaux actifs des électrodes positive et négative, les séparateurs, l’électrolyte et l’enveloppe. Le choix des matériaux et leur compatibilité déterminent la sécurité de la batterie. Lors de la sélection des matériaux actifs des électrodes positive et négative et des séparateurs, les fabricants n’ont pas procédé à une évaluation rigoureuse des caractéristiques et de la compatibilité des matières premières, ce qui engendre des défaillances intrinsèques en matière de sécurité des batteries.
Problèmes liés au processus de production
L'inspection des matières premières pour Piles de batterie Le processus de fabrication n'est pas rigoureux et l'environnement de production est médiocre, ce qui entraîne l'introduction d'impuretés lors de la production. Ceci nuit non seulement à la capacité de la batterie, mais compromet également sa sécurité. De plus, un excès d'eau dans l'électrolyte peut provoquer des réactions secondaires, augmentant la pression interne et affectant la sécurité. Enfin, les limitations du processus de production peuvent engendrer des défauts d'homogénéité dans les cellules, tels qu'une planéité insuffisante de la matrice d'électrode, un détachement des substances actives, la présence d'impuretés dans ces substances, des soudures défectueuses des pôles, une température de soudage instable, des bavures sur les bords des pièces polaires et l'absence de ruban isolant sur les parties critiques. Tous ces problèmes peuvent nuire à la sécurité des cellules.
Défauts de conception des cellules de batterie, performances de sécurité réduites
En matière de conception structurelle, de nombreux points essentiels à la sécurité ont été négligés par les fabricants : absence de ruban isolant sur les pièces critiques, marges insuffisantes dans la conception du diaphragme, rapport de capacité et de surface active des électrodes inadapté, longueur des connecteurs non adaptée, etc. Ces erreurs peuvent engendrer des risques pour la sécurité de la batterie. Par ailleurs, lors de la production des cellules, certains fabricants cherchent à optimiser l'utilisation des matières premières pour réduire les coûts et améliorer les performances, notamment en diminuant la surface du diaphragme, en amincissant les feuilles de cuivre et d'aluminium, et en omettant les soupapes de décharge et le ruban isolant. Ces pratiques compromettent la sécurité de la batterie.
La densité énergétique est trop élevée.
Le marché actuel privilégie les batteries de plus grande capacité. Afin d'accroître leur compétitivité, les fabricants augmentent sans cesse la capacité énergétique des batteries lithium-ion, ce qui accroît considérablement les risques liés à leur utilisation.
3. Technologie de sécurité
Choisir des matières premières avec un facteur de sécurité plus élevé
Sélectionner les matériaux actifs des électrodes positives et négatives, les matériaux séparateurs et les électrolytes présentant des facteurs de sécurité plus élevés.
Sélection des matériaux d'électrode positive : stabilité thermodynamique, stabilité chimique et propriétés physiques du matériau.
Sélection des matériaux du diaphragme : isolation électronique, taille des pores et porosité, stabilité chimique, fonction de protection contre l’arrêt automatique, faible retrait et déformation thermiques, épaisseur et résistance physique.
Sélection de l'électrolyte : bonne stabilité chimique, bonne stabilité électrochimique, conductivité ionique élevée du lithium, large plage de températures du liquide, sûr et non toxique.
Renforcer la conception globale de sécurité des cellules de batterie
La conception structurelle des cellules de batterie affecte non seulement les performances des différents matériaux, mais a également un impact important sur les performances électrochimiques globales et la sécurité de la batterie.
Dispositif de protection : Utiliser des éléments de commutation et installer des soupapes de sécurité (dispositifs de décharge de pression).
Rapport de capacité des électrodes positive et négative et dimensions de conception : sélectionnez le rapport de capacité approprié entre les électrodes positive et négative et définissez les dimensions de la feuille.
La marge de largeur du diaphragme : empêche les électrodes positive et négative d'entrer directement en contact et de provoquer un court-circuit interne.
Traitement d'isolation : Mettre en place les mesures d'isolation nécessaires aux endroits clés.
Installer une soupape de sécurité (dispositif de décharge de pression) : Concevoir rationnellement le dispositif de décharge de pression afin de réduire le risque d’explosion.
Améliorer le niveau du processus
Nous nous efforçons de standardiser et de normaliser le processus de production des cellules de batterie. Nous établissons des standards pour des étapes telles que le mélange, le collage, la cuisson, le compactage, le découpage et l'enroulement, optimisons les moyens de production, assurons un contrôle rigoureux des processus, garantissons la qualité de la production et réduisons les écarts entre les produits. Nous mettons en place des procédures spécifiques pour les étapes clés ayant un impact sur la sécurité, appliquons un contrôle qualité standardisé, éliminons les pièces défectueuses et excluons les produits non conformes. Nous maintenons la propreté et l'ordre du site de production, appliquons la méthode 5S et le contrôle qualité Six Sigma, éliminons les impuretés et l'humidité lors du mélange et minimisons l'impact des incidents de production sur la sécurité.