[Suché zboží] lipo baterie 5s nebezpečí a bezpečnostní technologie

Dnes výrobce lithium baterií CNHL představí nebezpečí lipo baterie 5s a její bezpečnostní technologie. Článek analyzuje zdroj nebezpečí lipo baterie 5s a poskytne relevantní technologie k zajištění bezpečnosti produktů lipo baterie 5s.
Ohledně bezpečnosti lithium baterií jsem to také představil v předchozím článku cnhl 6s lipo battery safety problems and preventive measures. Zájemci si mohou kliknutím zobrazit.

Nebezpečí lipo baterie 5s

Z vlastních chemických vlastností a složení systému lipo baterie 5s vyplývá, že se jedná o potenciálně nebezpečný chemický zdroj energie.
1 Vysoká chemická aktivita
Lithium je prvek hlavní skupiny I druhého období periodické tabulky a má extrémně aktivní chemické vlastnosti.
2 Vysoká energetická hustota 
Specifická energie lipo baterie 5s je extrémně vysoká (≥140 Wh/kg), což je několikanásobek oproti nikl-kadmiovým, nikl-metalhydridovým a dalším sekundárním bateriím. Pokud dojde k tepelnému úniku, uvolní se vysoké množství tepla a snadno to vede k nebezpečnému chování.
3 Použití organického elektrolytického systému
Organické rozpouštědlo organického elektrolytického systému je uhlovodík, který má nízké napětí rozkladu a je náchylný k oxidaci, a rozpouštědlo je hořlavé; pokud dojde k úniku, může to způsobit požár lipo baterie 5s nebo dokonce její shoření a výbuch.
4 Vysoká pravděpodobnost vedlejších reakcí
Během normálního používání prochází lipo baterie 5s chemickou kladnou reakcí, při které se elektrická energie a chemická energie navzájem přeměňují. Ale za určitých podmínek, jako je přebíjení a přebíjení nebo práce s nadproudem, je snadné způsobit chemické vedlejší reakce uvnitř lipo baterie 5s; po zesílení vedlejší reakce to vážně ovlivní výkon a životnost lipo baterie 5s a může dojít k uvolnění velkého množství plynu, což způsobí rychlý nárůst tlaku uvnitř lipo baterie 5s a následný výbuch a požár, což způsobí bezpečnostní problémy.
5 Strukturální nestabilita materiálů elektrod
Přebíjecí reakce 5s lipo baterie změní strukturu materiálu kladné elektrody a způsobí, že materiál má silný oxidační účinek, což způsobí silnou oxidaci rozpouštědla v elektrolytu; a tento účinek je nevratný, a pokud se teplo způsobené reakcí hromadí, existuje nebezpečí tepelného úniku.

Analýza bezpečnostních problémů produktů lipo baterií 5s

Po 30 letech průmyslového vývoje dosáhly produkty lipo baterií 5s velkého pokroku v bezpečnostní technologii, účinně kontrolují výskyt vedlejších reakcí v baterii a zajišťují bezpečnost baterie. Nicméně s rostoucím používáním lipo baterií 5s a zvyšující se energetickou hustotou se v posledních letech často vyskytují incidenty jako výbuchy, zranění nebo stažení produktů kvůli bezpečnostním rizikům. Docházíme k závěru, že hlavní příčiny bezpečnostních problémů produktů lipo baterií 5s jsou následující:

1 Problém s jádrovým materiálem lipo baterie 5s

Materiály použité v baterii zahrnují: kladný aktivní materiál lipo baterie 5s, záporný aktivní materiál, separátor, elektrolyt a obal atd. Výběr materiálů a sladění složeného systému určují bezpečnostní vlastnosti baterie. Při výběru kladných a záporných aktivních materiálů a materiálů separátoru lipo baterie 5s výrobce neprovedl dostatečné hodnocení vlastností a sladění surovin, což vedlo k vrozenému nedostatku bezpečnosti článku.

2 Problémy výrobního procesu lipo baterie 5s

Suroviny článků baterií nejsou přísně testovány a výrobní prostředí je špatné, což vede k příměsím během výroby, což nejen výrazně negativně ovlivňuje kapacitu baterie, ale také má velký dopad na bezpečnost baterie;
Navíc pokud je do elektrolytu lipo baterie 5s přimícháno příliš mnoho vody, mohou nastat vedlejší reakce a vnitřní tlak baterie se může zvýšit, což ovlivní bezpečnost;
Kvůli omezením výrobní technologie nelze při výrobě článků lipo baterie 5s dosáhnout dobré konzistence produktu, například špatná rovinnost podkladu elektrody, odlupování aktivního materiálu elektrody, příměsi jiných nečistot v aktivním materiálu, špatné svaření vývodů, nestabilní teplota svařování, otřepy na okraji pólového plechu a absence izolační pásky v klíčových částech mohou negativně ovlivnit bezpečnost článků lipo baterie 5s.

3 Konstrukční vady článků lipo baterie 5s, snížená bezpečnostní výkonnost

Z hlediska konstrukčního návrhu výrobci nevěnovali pozornost mnoha klíčovým bodům ovlivňujícím bezpečnost. Například v klíčových částech není izolační páska, v návrhu separátoru není dostatečná nebo žádná rezerva, poměr kapacity kladných a záporných elektrod lipo baterie 5s (Jaká je kapacita 11,1V lipo baterie?) je navržen neuváženě, neuvážený je i poměr plochy aktivních materiálů kladné a záporné elektrody, délka vývodů je navržena nevhodně atd., což může skrývat skrytá nebezpečí pro bezpečnost lipo baterie 5s. Navíc v procesu výroby článků baterií se někteří výrobci snaží šetřit a stlačovat suroviny, například zmenšováním plochy separátorů, ztenčováním měděné fólie, hliníkové fólie a nepoužíváním pojistných ventilů a izolačních pásek, což snižuje bezpečnost baterie.

Energie na jednotku objemu 4 lipo baterie 5s je příliš vysoká

V současné době trh usiluje o bateriové produkty s vyšší kapacitou. Aby výrobci zvýšili konkurenceschopnost produktů, neustále zlepšují objemovou specifickou energii lipo baterie 5s, což výrazně zvyšuje nebezpečí baterií.

Bezpečnostní technologie lipo baterie 5s

Ačkoliv má lipo baterie 5s mnoho skrytých nebezpečí, za specifických podmínek použití a přijetím určitých opatření lze účinně kontrolovat výskyt vedlejších a násilných reakcí v baterii, aby byla zajištěna její bezpečná používání. Následuje stručný přehled několika běžně používaných bezpečnostních technologií pro lipo baterii 5s.

1 Používejte suroviny pro lipo baterii 5s s vyšším bezpečnostním faktorem:

Používejte kladné a záporné aktivní materiály, materiály membrány a elektrolyty s vyšším bezpečnostním faktorem pro lipo baterii 5s.
O kladných a záporných aktivních materiálech, materiálech membrány a elektrolytech lipo baterie je podrobný článek. Zájemci si mohou kliknutím zobrazit:
Čtyři klíčové materiály pro lipo baterii 3s suché zboží!
a) Výběr materiálu kladné elektrody pro lipo baterii 5s
Bezpečnost katodových materiálů je založena především na následujících třech aspektech:
1 Termodynamická stabilita materiálu;
2 Chemická stabilita materiálu;
3 Fyzikální vlastnosti materiálu.
b) Výběr materiálu membrány pro lipo baterii 5s

Hlavní funkcí separátoru je oddělit kladné a záporné elektrody baterie, zabránit kontaktu a zkratu mezi kladnou a zápornou elektrodou a zároveň umožnit průchod iontů elektrolytu, tedy elektronickou izolaci a iontovou vodivost. Při výběru membrány pro lipo baterii 5s byste měli věnovat pozornost následujícím bodům:
1 Má elektronickou izolaci, která zajišťuje mechanickou izolaci kladných a záporných elektrod;
2 Má určitou velikost pórů a pórovitost, aby zajistil nízký odpor a vysokou iontovou vodivost;
3 Materiál separátoru má dostatečnou chemickou stabilitu a musí odolávat korozi elektrolytem;
4 Separátor musí mít funkci automatické ochrany vypnutím;
5 Tepelná smrštitelnost a deformovatelnost separátoru by měly být co nejmenší;
6 Separátor by měl mít určitou tloušťku;
7 Separátor by měl mít vysokou fyzickou pevnost a dostatečnou odolnost proti propíchnutí.
c) Výběr elektrolytu pro lipo baterii 5s
Elektrolyt je důležitou součástí lipo baterie 5s, která zajišťuje přenos a vedení proudu mezi kladným a záporným pólem baterie. Elektrolyt používaný v lipo baterii 5s je elektrolytový roztok vzniklý rozpuštěním vhodné lithné soli v organickém aprotickém směsném rozpouštědle. Obecně by měl splňovat následující požadavky:
1 Dobrá chemická stabilita, žádná chemická reakce s aktivním materiálem elektrody, sběračem proudu a separátorem;
2 Dobrá elektrochemická stabilita a široké elektrochemické okno;
3 Vysoká vodivost lithia, nízká vodivost elektronů;
4 Široký rozsah teplot kapaliny;
5 Bezpečné, netoxické a šetrné k životnímu prostředí.

2 Posílení celkového bezpečnostního designu článků lipo baterie 5s:

Článek baterie je spojovacím článkem různých látek baterie. Je to integrace kladného pólu, záporného pólu, separátoru, vývodu a obalové fólie lipo baterie 5s. Konstrukční návrh článku baterie ovlivňuje nejen výkon různých materiálů, ale také celkový elektrochemický výkon a bezpečnostní vlastnosti lipo baterie 5s. Výběr materiálů a návrh struktury článku jsou přesně vztahem mezi částí a celkem. Při návrhu článku by měl být sestaven rozumný konstrukční model v kombinaci s vlastnostmi materiálu.
Kromě toho lze na konstrukci lipo baterie 5s zvážit i některá další ochranná zařízení. Běžné návrhy ochranných mechanismů jsou následující:
1 Použití spínacích prvků, když teplota lipo baterie během 5s stoupne, její odpor se zvýší, a když je teplota příliš vysoká, automaticky se zastaví napájení;
2 Nastavte bezpečnostní ventil (tedy větrací otvor na vrchu lipo baterie 5s). Když vnitřní tlak baterie dosáhne určité hodnoty, bezpečnostní ventil se automaticky otevře, aby zajistil bezpečnost lipo baterie 5s.
Následují některé příklady bezpečnostního návrhu struktury článku:
a) Poměr kapacity kladné a záporné elektrody a návrhové rozměry
Vyberte vhodný poměr kapacity kladné a záporné elektrody podle vlastností kladných a záporných materiálů. Poměr kapacity kladné a záporné elektrody je důležitým faktorem souvisejícím s bezpečností lipo baterie 5s. Pokud je kapacita kladné elektrody příliš velká, na povrchu záporné elektrody se objeví kovový lithium. Pokud je záporná elektroda příliš velká, kapacita baterie se výrazně sníží. Obecně platí, že N/P=1,05～1,15, a proveďte vhodný výběr podle skutečné kapacity baterie a bezpečnostních požadavků. Navrhněte větší a menší díly tak, aby pozice záporné elektrody (aktivního materiálu) překrývala (byla větší než) pozici kladné elektrody. Obecně by šířka měla být o 1-5 mm větší a délka o 5-10 mm větší.
b) Je zde rezerva pro šířku separátoru
Obecný princip návrhu šířky membrány je zabránit přímému kontaktu kladných a záporných desek a tím vnitřnímu zkratu. V důsledku nabíjení a vybíjení lipo baterie 5s a působení tepelných šoků dochází ke smrštění membrány, což způsobuje deformaci membrány v délce a šířce. 

Složená oblast membrány zvyšuje polarizaci kvůli zvětšení vzdálenosti mezi kladnou a zápornou elektrodou; natažená oblast membrány zvyšuje možnost mikro zkratu kvůli ztenčení membrány; smrštění okrajové oblasti membrány může způsobit vnitřní zkrat mezi kladnou a zápornou elektrodou kvůli přímému kontaktu, což může způsobit nebezpečí baterie kvůli tepelnému úniku.

Proto je při návrhu lipo baterie 5s nutné zohlednit smrštitelné vlastnosti separátoru v oblasti použití a šířky, a separátor musí být větší než anoda a katoda. S ohledem na výrobní toleranci musí být izolační fólie alespoň o 0,1 mm delší než vnější okraj pólového kusu.
c) Izolační úprava
Vnitřní zkrat je důležitým faktorem, který může způsobit potenciální bezpečnostní rizika u lipo baterie 5s. V konstrukčním návrhu článku baterie je mnoho potenciálně nebezpečných částí, které způsobují vnitřní zkrat. Proto by měla být v těchto klíčových místech přijata nezbytná opatření nebo izolace, aby se zabránilo abnormálním stavům. V případě zkratu v baterii například: udržujte nezbytnou vzdálenost mezi kladnými a zápornými ušky lipo baterie 5s; umístěte izolační pásku na střed jedné strany bez lepení na konci a zakryjte všechny odkryté části; přilepte izolaci mezi kladnou hliníkovou fólií a záporným aktivním materiálem; použijte izolační pásku k zakrytí všech svařovaných částí vývodů; použijte izolační pásku na vrcholu článku.

d) Nastavit bezpečnostní ventil (zařízení pro uvolnění tlaku)
Nebezpečí lipo baterie 5s často způsobuje výbuch nebo požár v důsledku nadměrné vnitřní teploty nebo tlaku; může být instalováno rozumné zařízení pro uvolnění tlaku, které rychle uvolní tlak a teplo uvnitř baterie v případě nebezpečí, čímž se sníží riziko výbuchu. Požadavky na rozumné zařízení pro uvolnění tlaku mohou nejen vyhovět vnitřnímu tlaku lipo baterie 5s během normálního provozu, ale také se automaticky otevřít k uvolnění tlaku, když vnitřní tlak dosáhne nebezpečné hranice. Umístění zařízení pro uvolnění tlaku musí zohlednit charakteristiky deformace způsobené zvýšením vnitřního tlaku pouzdra baterie; návrh bezpečnostního ventilu může být realizován pomocí lamel, hran, švů a zářezů atd.

3 Zlepšení úrovně zpracování:

Ačkoliv má lipo baterie 5s mnoho skrytých nebezpečí, za specifických podmínek použití a přijetím určitých opatření lze účinně kontrolovat výskyt vedlejších a násilných reakcí v baterii, aby byla zajištěna její bezpečná používání. Následuje stručný přehled několika běžně používaných bezpečnostních technologií pro lipo baterii 5s.
1 Používejte suroviny pro lipo baterii 5s s vyšším bezpečnostním faktorem
Používejte kladné a záporné aktivní materiály, materiály membrány a elektrolyty s vyšším bezpečnostním faktorem pro lipo baterii 5s.
a) Výběr materiálu kladné elektrody pro lipo baterii 5s
Bezpečnost katodových materiálů je založena především na následujících třech aspektech:
1 Termodynamická stabilita materiálu;
2 Chemická stabilita materiálu;
3 Fyzikální vlastnosti materiálu.
b) Výběr materiálu membrány pro lipo baterii 5s
Hlavní funkcí separátoru je oddělit kladné a záporné elektrody baterie, zabránit kontaktu a zkratu mezi kladnou a zápornou elektrodou a zároveň umožnit průchod iontů elektrolytu, tedy elektronickou izolaci a iontovou vodivost. Při výběru membrány pro lipo baterii 5s byste měli věnovat pozornost následujícím bodům:
1 Má elektronickou izolaci, která zajišťuje mechanickou izolaci kladných a záporných elektrod;
2 Má určitou velikost pórů a pórovitost, aby zajistil nízký odpor a vysokou iontovou vodivost;
3 Materiál separátoru má dostatečnou chemickou stabilitu a musí odolávat korozi elektrolytem;
4 Separátor musí mít funkci automatické ochrany vypnutím;
5 Tepelná smrštitelnost a deformovatelnost separátoru by měly být co nejmenší;
6 Separátor by měl mít určitou tloušťku;
7 Separátor by měl mít vysokou fyzickou pevnost a dostatečnou odolnost proti propíchnutí.
c) Výběr elektrolytu pro lipo baterii 5s
Elektrolyt je důležitou součástí lipo baterie 5s, která zajišťuje přenos a vedení proudu mezi kladným a záporným pólem baterie. Elektrolyt používaný v lipo baterii 5s je elektrolytový roztok vzniklý rozpuštěním vhodné lithné soli v organickém aprotickém směsném rozpouštědle. Obecně by měl splňovat následující požadavky:
1 Dobrá chemická stabilita, žádná chemická reakce s aktivním materiálem elektrody, sběračem proudu a separátorem;
2 Dobrá elektrochemická stabilita a široké elektrochemické okno;
3 Vysoká vodivost lithia, nízká vodivost elektronů;
4 Široký rozsah teplot kapaliny;
5 Bezpečné, netoxické a šetrné k životnímu prostředí.
2 Posílit celkový bezpečnostní návrh článků lipo baterie 5s
Článek baterie je spojovacím článkem různých látek baterie. Je to integrace kladného pólu, záporného pólu, separátoru, vývodu a obalové fólie lipo baterie 5s. Konstrukční návrh článku baterie ovlivňuje nejen výkon různých materiálů, ale také celkový elektrochemický výkon a bezpečnostní vlastnosti lipo baterie 5s. Výběr materiálů a návrh struktury článku jsou přesně vztahem mezi částí a celkem. Při návrhu článku by měl být sestaven rozumný konstrukční model v kombinaci s vlastnostmi materiálu.

Kromě toho lze na konstrukci lipo baterie 5s zvážit i některá další ochranná zařízení. Běžné návrhy ochranných mechanismů jsou následující:
1 Použití spínacích prvků, když teplota lipo baterie během 5s stoupne, její odpor se zvýší, a když je teplota příliš vysoká, automaticky se zastaví napájení;
2 Nastavte bezpečnostní ventil (tedy větrací otvor na vrchu lipo baterie 5s). Když vnitřní tlak baterie dosáhne určité hodnoty, bezpečnostní ventil se automaticky otevře, aby zajistil bezpečnost lipo baterie 5s.
Následují některé příklady bezpečnostního návrhu struktury článku:
a) Poměr kapacity kladné a záporné elektrody a návrhové rozměry
Vyberte vhodný poměr kapacity kladné a záporné elektrody podle vlastností kladných a záporných materiálů. Poměr kapacity kladné a záporné elektrody je důležitým faktorem souvisejícím s bezpečností lipo baterie 5s. Pokud je kapacita kladné elektrody příliš velká, na povrchu záporné elektrody se objeví kovový lithium. Pokud je záporná elektroda příliš velká, kapacita baterie se výrazně sníží. Obecně platí, že N/P=1,05～1,15, a proveďte vhodný výběr podle skutečné kapacity baterie a bezpečnostních požadavků. Navrhněte větší a menší díly tak, aby pozice záporné elektrody (aktivního materiálu) překrývala (byla větší než) pozici kladné elektrody. Obecně by šířka měla být o 1-5 mm větší a délka o 5-10 mm větší.
b) Je zde rezerva pro šířku separátoru
Obecný princip návrhu šířky separátoru je zabránit přímému kontaktu kladných a záporných desek a tím vnitřnímu zkratu. Vzhledem k tomu, že lipo baterie 5s během nabíjení a vybíjení a v prostředí tepelných šoků podléhá tepelnému smrštění separátoru, dochází k deformaci separátoru v délce a šířce. Skládaná oblast separátoru zvyšuje polarizaci kvůli zvětšení vzdálenosti mezi kladným a záporným elektrodovým materiálem; natažená oblast separátoru zvyšuje možnost mikro zkratu kvůli ztenčení separátoru; smrštění okrajové oblasti separátoru může způsobit přímý kontakt kladných a záporných elektrod a tím vnitřní zkrat, což může způsobit nebezpečí baterie kvůli tepelnému úniku. Proto je při návrhu lipo baterie 5s nutné zohlednit smrštitelné vlastnosti separátoru při použití plochy a šířky a separátor musí být větší než anoda a katoda. S ohledem na výrobní toleranci musí být izolační fólie alespoň o 0,1 mm delší než vnější okraj pólového dílu.
c) Izolační úprava
Vnitřní zkrat je důležitým faktorem, který může způsobit potenciální bezpečnostní rizika u lipo baterie 5s. V konstrukčním návrhu článku baterie je mnoho potenciálně nebezpečných částí, které způsobují vnitřní zkrat. Proto by měla být v těchto klíčových místech přijata nezbytná opatření nebo izolace, aby se zabránilo abnormálním stavům. V případě zkratu v baterii například: udržujte nezbytnou vzdálenost mezi kladnými a zápornými ušky lipo baterie 5s; umístěte izolační pásku na střed jedné strany bez lepení na konci a zakryjte všechny odkryté části; přilepte izolaci mezi kladnou hliníkovou fólií a záporným aktivním materiálem; použijte izolační pásku k zakrytí všech svařovaných částí vývodů; použijte izolační pásku na vrcholu článku.
d) Nastavit bezpečnostní ventil (zařízení pro uvolnění tlaku)
Nebezpečí lipo baterie 5s často způsobuje výbuch nebo požár v důsledku nadměrné vnitřní teploty nebo tlaku; může být instalováno rozumné zařízení pro uvolnění tlaku, které rychle uvolní tlak a teplo uvnitř baterie v případě nebezpečí, čímž se sníží riziko výbuchu. Požadavky na rozumné zařízení pro uvolnění tlaku mohou nejen vyhovět vnitřnímu tlaku lipo baterie 5s během normálního provozu, ale také se automaticky otevřít k uvolnění tlaku, když vnitřní tlak dosáhne nebezpečné hranice. Umístění zařízení pro uvolnění tlaku musí zohlednit charakteristiky deformace způsobené zvýšením vnitřního tlaku pouzdra baterie; návrh bezpečnostního ventilu může být realizován pomocí lamel, hran, švů a zářezů atd.
3 Zlepšit úroveň řemeslné zručnosti
Usiluje se o standardizaci a normalizaci výrobního procesu článků lipo baterie 5s. V krocích míchání, nanášení, pečení, lisování, dělení a navíjení se stanovují standardy (například šířka separátoru, množství elektrolytu atd.) a zlepšují se procesní metody (například metoda nízkotlakého vstřikování, odstředivá metoda pouzdra atd.), provádí se dobrá kontrola procesu, zajišťuje se kvalita procesu a snižují se rozdíly mezi produkty; v klíčových krocích, které ovlivňují bezpečnost (například odjehlování, zametání prášku a různé svařování pro různé materiály), se zavádějí speciální kroky, implementuje se standardizované sledování kvality, odstraňují se vadné části lipo baterie 5s a vylučují se vadné produkty (například deformace pólových částí, protržení separátoru, odlupování aktivního materiálu a únik elektrolytu atd.); udržuje se výrobní místo uklizené a čisté, zavádí se 5S management a 6-sigma kontrola kvality, aby se zabránilo míchání nečistot a vlhkosti ve výrobě a minimalizoval se dopad neočekávaných situací ve výrobě lipo baterie 5s na bezpečnost.
Výše uvedené je celý obsah bezpečnostních problémů lipo baterie 5s, který vám dnes přináší CNHL, profesionální společnost zabývající se lithium bateriemi, s cílem pomoci vám pochopit příčiny bezpečnostních problémů lipo baterie 5s a přijmout odpovídající opatření ke zvýšení bezpečnosti lithium baterií.

Více informací o lithium bateriích naleznete níže:
Kolik toho víte o čtvercové 6s 22.2v lipo baterii?

Jak bezpečné jsou lipo baterie?