I. le danger des batteries lithium-ion.

La batterie lithium-ion est une source d'énergie chimique potentiellement dangereuse en raison de ses propres caractéristiques chimiques et de la composition du système.

(1) activité chimique élevée.
Le lithium est l'élément principal du groupe du deuxième cycle du tableau périodique, qui possède des propriétés chimiques extrêmement actives.

(2) Densité énergétique élevée.
L'énergie spécifique de la batterie lithium-ion est extrêmement élevée (≥ 140Wh/kg), ce qui est plusieurs fois supérieure à celle des batteries Ni-CD, Ni-MH et autres batteries secondaires. Si la réaction d'emballement thermique se produit, elle dégagera une chaleur élevée et conduira facilement à un comportement dangereux.

(3) en utilisant un système d'électrolyte organique.
Le solvant organique du système d'électrolyte organique est un hydrocarbure, la tension de décomposition est faible, il est facile à oxyder et le solvant est inflammable. en cas de fuite, la batterie prendra feu, voire brûlera et explosera.

(4) la probabilité de réaction secondaire est élevée.
Lors de l'utilisation normale d'une batterie lithium-ion, il se produit une réaction chimique positive entre l'énergie électrique et l'énergie chimique. Cependant, dans certaines conditions, telles qu'une surcharge, une décharge excessive ou une surintensité, cela entraînera facilement une réaction secondaire chimique à l'intérieur de la batterie. après l'intensification de la réaction secondaire, cela affectera sérieusement les performances et la durée de vie de la batterie, et peut produire une grande quantité de gaz, ce qui entraînera des problèmes de sécurité causés par une explosion et un incendie après l'augmentation rapide de la pression à l'intérieur de la batterie .

(5) la structure du matériau d'électrode est instable.

La réaction de surcharge de la batterie lithium-ion modifiera la structure du matériau de la cathode et donnera au matériau un fort effet d'oxydation, de sorte que le solvant dans l'électrolyte sera fortement oxydé, et cet effet est irréversible. Si la chaleur provoquée par la réaction s'accumule, il y a un risque d'emballement thermique.

II. causer l'analyse des problèmes de sécurité des produits de batterie lithium-ion.
Après 30 ans de développement industriel, la technologie de sécurité de la batterie lithium-ion a fait de grands progrès, ce qui contrôle efficacement l'apparition de réactions secondaires dans la batterie et assure la sécurité de la batterie. Cependant, avec l'utilisation de plus en plus étendue des batteries lithium-ion et une densité d'énergie plus élevée, il y a encore des incidents répétés tels que des blessures par explosion ou des rappels de produits en raison de risques pour la sécurité ces dernières années. Nous résumons les principales raisons des problèmes de sécurité des produits de batterie lithium-ion sont les suivantes :

(1) le problème du matériau de la cellule.
Les matériaux utilisés dans la batterie comprennent : le matériau actif positif, le matériau actif négatif, le diaphragme, l'électrolyte et la coque, etc. Les performances de sécurité de la cellule sont déterminées par la sélection des matériaux et l'adaptation du système. Lors de la sélection des matériaux actifs positifs et négatifs et des matériaux de diaphragme, les fabricants n'ont pas évalué les caractéristiques et l'adéquation des matières premières, ce qui a entraîné des déficiences congénitales dans la sécurité du noyau.

(2) problèmes de processus de production.
Une inspection laxiste des matières premières des cellules et un environnement de production médiocre entraînent le mélange d'impuretés dans la production, ce qui est non seulement désavantageux pour la capacité de la batterie, mais a également un impact important sur la sécurité de la batterie ; de plus, si trop d'eau est mélangée à l'électrolyte, une réaction secondaire peut se produire pour augmenter la pression interne de la batterie, ce qui affectera la sécurité. En raison de la limitation du processus de production, les produits ne peuvent pas atteindre une bonne cohérence dans le processus de production de l'électrode. par exemple, une mauvaise douceur de la matrice d'électrode, la perte du matériau actif de l'électrode, le mélange d'autres impuretés dans le matériau actif, une température de soudage instable, des bavures sur le bord de l'électrode et l'absence d'utilisation de ruban isolant dans les parties clés peuvent nuire à la sécurité du noyau.

(3) le défaut de conception de la batterie, la performance de sécurité est réduite.
Dans la conception structurelle, de nombreux points clés affectant la sécurité n'ont pas été pris en compte par les fabricants, tels que l'absence de ruban isolant dans les pièces clés, l'absence de marge ou une marge insuffisante dans la conception du diaphragme, une conception déraisonnable du rapport de capacité des électrodes positives et négatives, une conception déraisonnable du positif et un rapport de surface de matériau actif négatif, une conception déraisonnable de la longueur de l'oreille polaire, etc., tout cela peut enterrer les dangers cachés pour la sécurité de la batterie. De plus, dans le processus de production de cellules, certains fabricants de batteries essaient d'économiser et de compresser les matières premières afin de réduire les coûts et d'améliorer les performances, telles que la réduction de la surface du diaphragme, l'amincissement de la feuille de cuivre, la feuille d'aluminium et l'absence de soupape de surpression, ruban isolant et ainsi de suite. tout cela réduira la sécurité de la batterie.

(4)la densité d'énergie est trop élevée.
À l'heure actuelle, le marché est à la recherche de produits de batterie de plus grande capacité, les fabricants afin d'accroître la compétitivité des produits, continuent d'améliorer le volume d'énergie spécifique des batteries lithium-ion, ce qui augmente considérablement le risque des batteries.

III. Technologie de sécurité.
Bien que la batterie lithium-ion présente de nombreux dangers cachés, dans des conditions d'utilisation spécifiques, l'adoption de certaines mesures peut contrôler efficacement l'apparition de réactions secondaires et de réactions graves dans la cellule et garantir son utilisation en toute sécurité. Ce qui suit est une brève introduction à plusieurs technologies de sécurité couramment utilisées pour les batteries lithium-ion.

1> choisissez des matières premières avec un facteur de sécurité plus élevé.
Choisissez des matériaux actifs positifs et négatifs, des matériaux de diaphragme et des électrolytes avec un facteur de sécurité plus élevé.
A) sélection des matériaux de cathode.
La sécurité des matériaux cathodiques repose principalement sur les trois aspects suivants :
(1) Stabilité thermodynamique des matériaux.
(2) stabilité chimique des matériaux.
(3) propriétés physiques du matériau.

B) sélection des matériaux du diaphragme.
La fonction principale du diaphragme est de séparer les électrodes positives et négatives de la batterie, d'empêcher les électrodes positives et négatives de se contacter et de court-circuiter, et d'avoir la capacité de faire passer les ions d'électrolyte, c'est-à-dire l'isolation électronique et la conductivité ionique . Les points suivants doivent être pris en compte lors du choix des diaphragmes pour batteries lithium-ion :
(1) a une isolation électronique pour assurer l'isolation mécanique des électrodes positives et négatives.
(2) a un certain diamètre de pores et une certaine porosité pour assurer une faible résistance et une conductivité ionique élevée.
(3)Le matériau de la membrane a une stabilité chimique suffisante et doit être résistant à la corrosion électrolytique.
(4) le diaphragme doit avoir la fonction de protection d'arrêt automatique.
(5) le retrait thermique et la déformation du diaphragme doivent être aussi faibles que possible.
(6) le diaphragme doit avoir une certaine épaisseur.
(7) le diaphragme doit avoir une forte résistance physique et une capacité anti-crevaison suffisamment forte.

C) sélection des électrolytes.
L'électrolyte est une partie importante de la batterie lithium-ion, qui transmet et conduit le courant entre les électrodes positives et négatives de la batterie lithium-ion. L'électrolyte utilisé dans la batterie lithium-ion est une solution d'électrolyte formée en dissolvant un sel de lithium approprié dans un solvant mixte organique non protonique. Il doit généralement répondre aux exigences suivantes :
(1) bonne stabilité chimique, aucune réaction chimique avec le matériau actif de l'électrode, le collecteur de courant et le diaphragme.
(2) bonne stabilité électrochimique et large fenêtre électrochimique.
(3) conductivité lithium-ion élevée et faible conductivité électronique.
(4) large gamme de température du liquide.
(5) sûr, non toxique et respectueux de l'environnement.

Renforcer la conception globale de sécurité de la cellule.
La batterie est le lien qui combine toutes sortes de matériaux de la batterie, et c'est l'intégration de l'électrode positive, de l'électrode négative, du diaphragme, de l'oreille de l'électrode et du film d'emballage, etc. La conception de la structure de la batterie affecte non seulement les performances de divers matériaux, mais a également un impact important sur les performances électrochimiques globales et les performances de sécurité de la batterie. La sélection des matériaux et la conception de la structure cellulaire est une sorte de relation entre la partie et le tout. Dans la conception de la batterie, un mode de structure raisonnable doit être établi en fonction des caractéristiques du matériau.

De plus, certains dispositifs de protection supplémentaires peuvent être envisagés dans la structure de la batterie au lithium. les conceptions communes du mécanisme de protection sont les suivantes : 1 l'élément de commutation est utilisé, et sa résistance augmente lorsque la température dans la batterie augmente, et lorsque la température est trop élevée, arrête automatiquement l'alimentation. (2) mettre en place la soupape de sécurité (c'est-à-dire l'évent en haut de la batterie). Lorsque la pression interne de la batterie atteint une certaine valeur, la soupape de sécurité s'ouvre automatiquement pour assurer la sécurité de la batterie.

Voici quelques exemples de la conception de sécurité de la structure centrale :
A) rapport de capacité des électrodes positives et négatives et taille de conception.
Le rapport approprié de capacité d'électrode positive et négative est sélectionné en fonction des caractéristiques des matériaux d'électrode positive et négative. le rapport de capacité d'électrode positive et négative est un lien important lié à la sécurité de la batterie lithium-ion. si la capacité positive est trop grande, le lithium métallique se déposera à la surface de l'électrode négative. la capacité de la batterie avec une électrode négative trop grande aura une grande perte. En général, N/P = 1,05 ~ 1,15, et faites les choix appropriés en fonction de la capacité réelle de la batterie et des exigences de sécurité. La taille du film est conçue pour que la position de la pâte négative (matière active) soit plus grande que celle de la pâte positive, la largeur doit être supérieure de 1 mm et la longueur doit être supérieure de 5 mm.
B) il y a une marge dans la largeur du diaphragme.
Le principe général de la conception de la largeur du diaphragme est d'éviter le court-circuit interne provoqué par le contact direct des électrodes positive et négative. Le rétrécissement thermique du diaphragme conduit à la déformation du diaphragme dans le sens de la longueur et de la largeur pendant la charge et la décharge de la batterie et dans l'environnement de choc thermique. La zone du pli du diaphragme augmente la polarisation en raison de l'augmentation de la distance entre les électrodes positive et négative, et la zone de la tension du diaphragme augmente la possibilité de micro-court-circuit en raison de l'amincissement du diaphragme. La contraction de la zone de bord du diaphragme peut entraîner un court-circuit interne causé par un contact direct entre les électrodes positives et négatives, ce qui peut rendre la batterie dangereuse en raison de l'emballement thermique. Par conséquent, lors de la conception de la batterie, les caractéristiques de retrait du diaphragme doivent être prises en compte dans l'utilisation de la surface et de la largeur du diaphragme, et le séparateur est plus grand que l'anode et la cathode. Considérant qu'en plus de l'erreur de processus, le film d'isolation doit être au moins 0,1 mm plus long que l'extérieur de l'électrode.
C) Traitement d'isolation.
Le court-circuit interne est un facteur important dans le danger caché de la sécurité de la batterie lithium-ion. il existe de nombreux endroits dangereux potentiels qui provoquent un court-circuit interne dans la conception structurelle de la batterie lithium-ion, de sorte que les mesures ou l'isolation nécessaires doivent être mises en place dans ces endroits clés. afin d'éviter l'apparition d'un court-circuit dans la batterie dans des circonstances anormales, telles que le maintien de la distance nécessaire entre les oreilles positives et négatives. Le ruban isolant doit être apposé sur la position médiane non collante du côté d'extrémité, et toutes les parties exposées doivent être enveloppées ; le ruban isolant doit être collé entre la feuille d'aluminium positive et le matériau actif négatif ; la partie de soudage de l'oreille de l'électrode doit être entièrement recouverte de ruban isolant; le haut du noyau doit être recouvert de ruban isolant, etc.
D) mettre en place une soupape de sécurité (dispositif de décompression).
Le danger de la batterie lithium-ion est souvent causé par une explosion et un incendie causés par une température ou une pression interne excessive; la mise en place d'un dispositif de décompression raisonnable peut rapidement libérer la pression et la chaleur à l'intérieur de la batterie lorsque le danger se produit et réduire le risque d'explosion. Un dispositif de décompression raisonnable est nécessaire non seulement pour répondre à la pression interne de la batterie lorsqu'elle fonctionne normalement, mais également pour ouvrir et relâcher automatiquement la pression lorsque la pression interne atteint la limite dangereuse. La position de réglage du limiteur de pression doit tenir compte des caractéristiques de déformation de la coque de la batterie dues à l'augmentation de la pression interne. La conception de la soupape de sécurité peut être réalisée par des tôles minces, des bords, des coutures et des rayures.
(3) améliorer le niveau de la technologie.
Efforcez-vous de faire du bon travail dans la normalisation et la standardisation du processus de production de batteries. Dans les étapes de mélange, de revêtement, de cuisson, de compactage, de coupe et d'enroulement, normaliser (telles que la largeur du diaphragme, l'injection d'électrolyte, etc.), améliorer les moyens de traitement (tels que la méthode d'injection de liquide à basse pression, la méthode de coque centrifuge, etc.), faire un bon travail dans le contrôle des processus, assurer la qualité des processus et réduire les différences entre les produits. Dans les étapes clés affectant la sécurité, mettre en place des étapes particulières (comme la dépolarisation des bavures, le balayage de la poudre, l'utilisation de différentes méthodes de soudage pour différents matériaux, etc.), mettre en place un contrôle qualité standardisé, éliminer les pièces défectueuses, éliminer les produits défectueux (comme la déformation des électrodes, perforation du diaphragme, perte de matière active et fuite d'électrolyte, etc.).