[Tørvarer] lipo batteri 5s fare og sikkerhedsteknologi

I dag vil lithiumbatteriproducenten CNHL introducere faren ved lipo batteri 5s og dets sikkerhedsteknologi. Artiklen vil analysere kilden til faren ved lipo batteri 5s og give relevante teknologier for at sikre sikkerheden af lipo batteri 5s produkter.
Med hensyn til sikkerheden ved lithiumbatterier introducerede jeg det også i den tidligere artikel cnhl 6s lipo battery safety problems and preventive measures. Interesserede partnere kan klikke for at se.

Faren ved lipo batteri 5s

Ud fra sine egne kemiske egenskaber og systemkomposition fastslår lipo batteri 5s, at det er en potentielt farlig kemisk strømkilde.
1 Høj kemisk aktivitet
Lithium er et element i hovedgruppe I i den anden periode af det periodiske system og har ekstremt aktive kemiske egenskaber.
2 Høj energitæthed 
Den specifikke energi for lipo batteri 5s er ekstremt høj (≥140 Wh/kg), hvilket er flere gange højere end nikkel-cadmium, nikkel-metalhydrid og andre sekundære batterier. Hvis der opstår termisk løbsk reaktion, vil det frigive høj varme og let føre til usikre situationer.
3 Brug af et organisk elektrolytsystem
Det organiske opløsningsmiddel i det organiske elektrolytsystem er kulbrinte, som har en lav nedbrydningsspænding og er tilbøjelig til oxidation, og opløsningsmidlet er brandfarligt; hvis der opstår lækage, vil det få lipo batteri 5s til at antænde eller endda brænde og eksplodere.
4 Høj sandsynlighed for side reaktioner
Under normal brug gennemgår lipo batteri 5s en kemisk positiv reaktion, hvor elektrisk energi og kemisk energi omdannes til hinanden. Men under visse betingelser, såsom overopladning og overafladning eller overstrømsarbejde, er det let at forårsage kemiske side reaktioner inde i lipo batteri 5s; efter at side reaktionen er forstærket, vil det alvorligt påvirke ydeevnen og levetiden for lipo batteri 5s, og kan generere store mængder gas, hvilket får trykket inde i lipo batteri 5s til at stige hurtigt og derefter eksplodere og antænde, hvilket forårsager sikkerhedsproblemer.
5 Strukturel ustabilitet af elektrode materialer
5s overopladningsreaktionen i lipo batteriet vil ændre strukturen af det positive elektrode materiale og gøre materialet stærkt oxiderende, hvilket får opløsningsmidlet i elektrolytten til at oxideres kraftigt; og denne effekt er irreversibel, og varmen forårsaget af reaktionen vil ophobes, hvis den akkumuleres. Der er fare for termisk løbsk.

Analyse af sikkerhedsproblemer ved lipo batteri 5s produkter

Efter 30 års industriel udvikling har lipo batteri 5s produkter gjort store fremskridt inden for sikkerhedsteknologi, effektivt kontrolleret forekomsten af side reaktioner i batteriet og sikret batteriets sikkerhed. Men med den stigende brug af lipo batteri 5s og den stigende energitæthed er der i de senere år ofte forekommet hændelser som eksplosioner, skader eller produktindkaldelser på grund af sikkerhedsrisici. Vi konkluderer, at hovedårsagerne til sikkerhedsproblemerne ved lipo batteri 5s produkter er som følger:

1 lipo batteri 5s batterikernematerialeproblem

Materialerne, der anvendes i batteriet, inkluderer: lipo batteri 5s positivt aktivmateriale, negativt aktivmateriale, separator, elektrolyt og skal osv. Valget af materialer og sammensætningen af systemet bestemmer batteriets sikkerhedsydelse. Ved valg af lipo batteri 5s positive og negative aktive materialer og membranmaterialer har producenten ikke foretaget en vis vurdering af råmaterialernes egenskaber og matchning, hvilket resulterer i en medfødt mangel på celle sikkerhed.

2 lipo batteri 5s produktionsprocesproblemer

Råmaterialerne til battericellerne testes ikke strengt, og produktionsmiljøet er dårligt, hvilket resulterer i urenheder blandet i produktionen, hvilket ikke kun har en stor negativ effekt på batteriets kapacitet, men også har stor indflydelse på batteriets sikkerhed;
Derudover, hvis der blandes for meget vand i elektrolytten i lipo batteri 5s, kan der opstå side reaktioner, og det indre tryk i batteriet kan stige, hvilket vil påvirke sikkerheden;
På grund af begrænsningen i produktionsteknologiniveauet kan produktet i produktionen af lipo batteri 5s cellen ikke opnå god ensartethed, såsom dårlig planhed af elektrodeunderlaget, afskalning af elektrodeaktivmaterialet, blanding af andre urenheder i aktivmaterialet, dårlig svejsning af fanerne, ustabil svejsetemperatur, grader på kanten af polstykket og ingen isoleringstape på nøgledele kan negativt påvirke sikkerheden af lipo batteri 5s celler.

3 lipo batteri 5s battericelle designfejl, reduceret sikkerhedsydelse

Med hensyn til strukturel design har mange nøglepunkter, der påvirker sikkerheden, ikke fået opmærksomhed fra producenterne. For eksempel er der ikke isoleringstape på nøgledele, der er ingen eller utilstrækkelig margen i membranens design, og kapacitetsforholdet mellem positive og negative elektroder i lipo batteri 5s (Hvad er kapaciteten på 11,1v lipo batteri?) er urimeligt designet, urimeligt design af arealforholdet mellem positive og negative aktive materialer, urimeligt design af længden på fanerne osv., disse kan skjule skjulte farer for sikkerheden af lipo batteri 5s. Derudover, i produktionen af battericeller, for at spare omkostninger og forbedre ydeevnen, forsøger nogle battericelleproducenter at spare og komprimere råmaterialer, såsom at reducere arealet af membraner, gøre kobberfolie og aluminiumsfolie tyndere, og ikke bruge trykaflastningsventiler og isoleringstape osv., hvilket vil reducere batteriets sikkerhed.

4 lipo batteri 5s energitæthed er for høj

I øjeblikket efterspørger markedet batteriprodukter med højere kapacitet. For at øge produkternes konkurrenceevne fortsætter producenterne med at forbedre den volumen-specifikke energi i lipo batteri 5s, hvilket i høj grad øger faren ved batterierne.

Lipo batteri 5s sikkerhedsteknologi

Selvom lipo batteri 5s har mange skjulte farer, kan forekomsten af side- og voldelige reaktioner i batteriet effektivt kontrolleres under specifikke brugsforhold og ved at tage visse forholdsregler for at sikre sikker brug. Følgende er en kort introduktion til flere almindeligt anvendte sikkerhedsteknologier for lipo batteri 5s.

1 Brug lipo batteri 5s råmaterialer med højere sikkerhedsfaktor:

Brug lipo batteri 5s positive og negative aktive materialer, membranmaterialer og elektrolytter med en højere sikkerhedsfaktor.
Om de positive og negative aktive materialer, membranmaterialer og elektrolytter til lipo batteri findes der en detaljeret introduktion i følgende artikel. Interesserede partnere kan klikke for at se:
Fire nøglematerialer til lipo batteri 3s tørvarer!
a) Valg af positiv elektrode materiale til lipo batteri 5s
Sikkerheden for katodematerialer baseres hovedsageligt på følgende tre aspekter:
1 Materialets termodynamiske stabilitet;
2 Materialets kemiske stabilitet;
3 Materialets fysiske egenskaber.
b) Valg af membranmateriale til lipo batteri 5s

Separatorens hovedfunktion er at adskille batteriets positive og negative elektroder for at forhindre, at de kommer i kontakt og kortslutter, samtidig med at den har evnen til at lede elektrolyt-ioner, altså elektronisk isolering og ionisk ledningsevne. Når man vælger en membran til lipo batteri 5s, bør man være opmærksom på følgende punkter:
1 Den har elektronisk isolering for at sikre den mekaniske isolation af positive og negative elektroder;
2 har en vis pore størrelse og porøsitet for at sikre lav modstand og høj ionlednings evne;
3 Separatorens materiale har tilstrækkelig kemisk stabilitet og skal være modstandsdygtigt over for elektrolytisk korrosion;
4 Separatoren skal have funktionen automatisk afbrydelsesbeskyttelse;
5 Separatorens termiske krympning og formbarhed bør være så lille som muligt;
6 Separatoren bør have en vis tykkelse;
7 Separatoren bør have stærk fysisk styrke og tilstrækkelig punkteringsmodstand.
c) Valg af elektrolyt til lipo-batteri 5s
Elektrolytten er en vigtig del af lipo-batteriet 5s, som spiller rollen med at transportere og lede strøm mellem batteriets positive og negative elektroder. Elektrolytten, der anvendes i lipo-batteriet 5s, er en elektrolytopløsning dannet ved at opløse et passende lithiumsalt i et organisk aprotisk blandingsopløsningsmiddel. Den bør generelt opfylde følgende krav:
1 God kemisk stabilitet, ingen kemisk reaktion med elektrodeaktivt materiale, strømopsamler og separator;
2. God elektrokemisk stabilitet og bredt elektrokemisk vindue;
3 Lithiumionledningen er høj, elektronledningen er lav;
4 Bred væsketemperaturområde;
5 Sikker, ikke-giftig og miljøvenlig.

2 Styrk den overordnede sikkerhedsdesign af lipo batteri 5s celler:

Battericellen er forbindelsen, der kombinerer forskellige stoffer i batteriet. Det er integrationen af den positive elektrode, negative elektrode, separator, tab og emballagefilm i lipo-batteriet 5s. Battericellens strukturelle design påvirker ikke kun ydeevnen af de forskellige materialer, men påvirker også den samlede elektrokemiske ydeevne og sikkerhedspræstation af lipo-batteriet 5s væsentligt. Valget af materialer og designet af cellestrukturen er netop forholdet mellem del og helhed. I designet af cellen bør en rimelig strukturel model formuleres i kombination med materialernes egenskaber.
Derudover kan nogle ekstra beskyttelsesenheder også overvejes i strukturen af lipo-batteriet 5s. Almindelige beskyttelsesmekanismedesign er som følger:
1 Brug af omskiftningskomponenter, når temperaturen på lipo-batteriet stiger inden for 5s, vil dets modstand stige, og når temperaturen bliver for høj, stopper det automatisk strømforsyningen;
2 Indstil sikkerhedsventilen (det vil sige udluftningshullet på toppen af lipo-batteriet 5s). Når det indre tryk i batteriet stiger til en bestemt værdi, åbner sikkerhedsventilen automatisk for at sikre sikkerheden for lipo-batteriet 5s.
Følgende er nogle eksempler på sikkerhedsdesignet af cellestrukturen:
a) Forhold mellem positiv og negativ kapacitet og designstørrelse
Vælg det passende forhold mellem positiv og negativ kapacitet i henhold til egenskaberne af de positive og negative materialer. Forholdet mellem positiv og negativ kapacitet i batteriet er et vigtigt led relateret til sikkerheden for lipo batteri 5s. Hvis den positive kapacitet er for stor, vil metal-lithium forekomme på overfladen af den negative elektrode. Hvis den negative elektrode er for stor, vil batteriets kapacitet blive stærkt reduceret. Generelt er N/P=1,05～1,15, og der skal foretages et passende valg i henhold til den faktiske batterikapacitet og sikkerhedskrav. Design store og små stykker, så positionen af den negative elektrodepasta (aktivt materiale) dækker (er større end) positionen af den positive elektrodepasta. Generelt bør bredden være 1-5 mm større og længden 5-10 mm større.
b) Der er en margen for membranens bredde
Det generelle princip for membranens bredde-design er at forhindre, at de positive og negative plader kommer i direkte kontakt og forårsager intern kortslutning. På grund af lipo batteri 5s' opladnings- og afladningsproces og i miljøet med termisk chok forårsager membranens termiske krympning deformation i længde- og bredderetninger. 

Det foldede område af membranen øger polariseringen på grund af den øgede afstand mellem positive og negative elektroder; det udstrakte område af membranen øger muligheden for mikrokortslutning på grund af membranens udtynding; krympning af membranens kantområde kan forårsage intern kortslutning mellem positive og negative elektroder på grund af direkte kontakt, hvilket vil gøre batteriet farligt på grund af termisk løbsk.

Derfor skal krympningsegenskaberne for separatoren tages i betragtning ved design af lipo batteri 5s i brugen af område og bredde, og separatoren skal være større end anoden og katoden. Med tanke på procesfejl skal isolationsfilmen være mindst 0,1 mm længere end den ydre kant af polstykket.
c) Isoleringsbehandling
Intern kortslutning er en vigtig faktor for lipo batteri 5s, der kan udgøre potentielle sikkerhedsrisici. Der er mange potentielt farlige dele, der forårsager intern kortslutning i den strukturelle udformning af battericellen. Derfor bør nødvendige foranstaltninger eller isolering placeres på disse nøglepositioner for at forhindre unormale forhold. I tilfælde af kortslutning i batteriet, for eksempel: oprethold den nødvendige afstand mellem de positive og negative ører på lipo batteri 5s; placer isoleringstape midt på den ene side uden lim i enden, og dæk alle eksponerede dele; sæt isolering mellem den positive aluminiumsfolie og det negative aktive materiale; brug isoleringstape til at dække alle svejsede dele af fanerne; brug isoleringstape på toppen af cellen.

d) Installer sikkerhedsventil (trykaflastningsanordning)
Faren ved lipo-batteri 5s skyldes ofte en eksplosion eller brand på grund af for høj intern temperatur eller tryk; en rimelig trykaflastningsanordning kan installeres for hurtigt at frigive tryk og varme inde i batteriet, når der opstår fare, hvilket reducerer risikoen for eksplosion. Kravene til en rimelig trykaflastningsanordning kan ikke kun opfylde det interne tryk i lipo-batteri 5s under normal drift, men åbner også automatisk for at lindre trykket, når det interne tryk når den farlige grænse. Placeringen af trykaflastningsanordningen skal tage hensyn til stigningen i det interne tryk i batterikabinettet og de deraf følgende deformationsegenskaber; designet af sikkerhedsventilen kan opnås ved hjælp af lameller, kanter, sømme og hakker osv.

3 Forbedre håndværksniveauet:

Selvom lipo batteri 5s har mange skjulte farer, kan forekomsten af side- og voldelige reaktioner i batteriet effektivt kontrolleres under specifikke brugsforhold og ved at tage visse forholdsregler for at sikre sikker brug. Følgende er en kort introduktion til flere almindeligt anvendte sikkerhedsteknologier for lipo batteri 5s.
1 Brug lipo batteri 5s råmaterialer med højere sikkerhedsfaktor
Brug lipo batteri 5s positive og negative aktive materialer, membranmaterialer og elektrolytter med en højere sikkerhedsfaktor.
a) Valg af positiv elektrode materiale til lipo batteri 5s
Sikkerheden for katodematerialer baseres hovedsageligt på følgende tre aspekter:
1 Materialets termodynamiske stabilitet;
2 Materialets kemiske stabilitet;
3 Materialets fysiske egenskaber.
b) Valg af membranmateriale til lipo batteri 5s
Separatorens hovedfunktion er at adskille batteriets positive og negative elektroder for at forhindre, at de kommer i kontakt og kortslutter, samtidig med at den har evnen til at lede elektrolyt-ioner, altså elektronisk isolering og ionisk ledningsevne. Når man vælger en membran til lipo batteri 5s, bør man være opmærksom på følgende punkter:
1 Den har elektronisk isolering for at sikre den mekaniske isolation af positive og negative elektroder;
2 har en vis pore størrelse og porøsitet for at sikre lav modstand og høj ionlednings evne;
3 Separatorens materiale har tilstrækkelig kemisk stabilitet og skal være modstandsdygtigt over for elektrolytisk korrosion;
4 Separatoren skal have funktionen automatisk afbrydelsesbeskyttelse;
5 Separatorens termiske krympning og formbarhed bør være så lille som muligt;
6 Separatoren bør have en vis tykkelse;
7 Separatoren bør have stærk fysisk styrke og tilstrækkelig punkteringsmodstand.
c) Valg af elektrolyt til lipo-batteri 5s
Elektrolytten er en vigtig del af lipo-batteriet 5s, som spiller rollen med at transportere og lede strøm mellem batteriets positive og negative elektroder. Elektrolytten, der anvendes i lipo-batteriet 5s, er en elektrolytopløsning dannet ved at opløse et passende lithiumsalt i et organisk aprotisk blandingsopløsningsmiddel. Den bør generelt opfylde følgende krav:
1 God kemisk stabilitet, ingen kemisk reaktion med elektrodeaktivt materiale, strømopsamler og separator;
2. God elektrokemisk stabilitet og bredt elektrokemisk vindue;
3 Lithiumionledningen er høj, elektronledningen er lav;
4 Bred væsketemperaturområde;
5 Sikker, ikke-giftig og miljøvenlig.
2 Styrk det overordnede sikkerhedsdesign af lipo-batteri 5s celler
Battericellen er forbindelsen, der kombinerer forskellige stoffer i batteriet. Det er integrationen af den positive elektrode, negative elektrode, separator, tab og emballagefilm i lipo-batteriet 5s. Battericellens strukturelle design påvirker ikke kun ydeevnen af de forskellige materialer, men påvirker også den samlede elektrokemiske ydeevne og sikkerhedspræstation af lipo-batteriet 5s væsentligt. Valget af materialer og designet af cellestrukturen er netop forholdet mellem del og helhed. I designet af cellen bør en rimelig strukturel model formuleres i kombination med materialernes egenskaber.

Derudover kan nogle ekstra beskyttelsesenheder også overvejes i strukturen af lipo-batteriet 5s. Almindelige beskyttelsesmekanismedesign er som følger:
1 Brug af omskiftningskomponenter, når temperaturen på lipo-batteriet stiger inden for 5s, vil dets modstand stige, og når temperaturen bliver for høj, stopper det automatisk strømforsyningen;
2 Indstil sikkerhedsventilen (det vil sige udluftningshullet på toppen af lipo-batteriet 5s). Når det indre tryk i batteriet stiger til en bestemt værdi, åbner sikkerhedsventilen automatisk for at sikre sikkerheden for lipo-batteriet 5s.
Følgende er nogle eksempler på sikkerhedsdesignet af cellestrukturen:
a) Forhold mellem positiv og negativ kapacitet og designstørrelse
Vælg det passende forhold mellem positiv og negativ kapacitet i henhold til egenskaberne af de positive og negative materialer. Forholdet mellem positiv og negativ kapacitet i batteriet er et vigtigt led relateret til sikkerheden for lipo batteri 5s. Hvis den positive kapacitet er for stor, vil metal-lithium forekomme på overfladen af den negative elektrode. Hvis den negative elektrode er for stor, vil batteriets kapacitet blive stærkt reduceret. Generelt er N/P=1,05～1,15, og der skal foretages et passende valg i henhold til den faktiske batterikapacitet og sikkerhedskrav. Design store og små stykker, så positionen af den negative elektrodepasta (aktivt materiale) dækker (er større end) positionen af den positive elektrodepasta. Generelt bør bredden være 1-5 mm større og længden 5-10 mm større.
b) Der er en margen for membranens bredde
Det generelle princip for design af membranens bredde er at forhindre, at de positive og negative plader kommer i direkte kontakt og forårsager intern kortslutning. På grund af lipo batteri 5s under opladning og afladning samt i miljøer med termisk chok, forårsager membranens termiske sammentrækning, at membranen deformeres i længde- og bredderetningen. Det foldede område af membranen øger polariseringen på grund af den øgede afstand mellem de positive og negative elektroder; det udstrakte område af membranen øger muligheden for mikrokortslutning på grund af membranens udtynding; sammentrækningen af membranens kantområde kan forårsage intern kortslutning mellem positive og negative dele på grund af direkte kontakt, hvilket vil gøre batteriet farligt på grund af termisk løbsk. Derfor skal sammentrækningskarakteristika for separatoren tages i betragtning ved design af lipo batteri 5s i brugen af området og bredden, og separatoren skal være større end anoden og katoden. Med hensyn til procesfejl skal isolationsfilmen være mindst 0,1 mm længere end den ydre kant af polstykket.
c) Isoleringsbehandling
Intern kortslutning er en vigtig faktor for lipo batteri 5s, der kan udgøre potentielle sikkerhedsrisici. Der er mange potentielt farlige dele, der forårsager intern kortslutning i den strukturelle udformning af battericellen. Derfor bør nødvendige foranstaltninger eller isolering placeres på disse nøglepositioner for at forhindre unormale forhold. I tilfælde af kortslutning i batteriet, for eksempel: oprethold den nødvendige afstand mellem de positive og negative ører på lipo batteri 5s; placer isoleringstape midt på den ene side uden lim i enden, og dæk alle eksponerede dele; sæt isolering mellem den positive aluminiumsfolie og det negative aktive materiale; brug isoleringstape til at dække alle svejsede dele af fanerne; brug isoleringstape på toppen af cellen.
d) Installer sikkerhedsventil (trykaflastningsanordning)
Faren ved lipo-batteri 5s skyldes ofte en eksplosion eller brand på grund af for høj intern temperatur eller tryk; en rimelig trykaflastningsanordning kan installeres for hurtigt at frigive tryk og varme inde i batteriet, når der opstår fare, hvilket reducerer risikoen for eksplosion. Kravene til en rimelig trykaflastningsanordning kan ikke kun opfylde det interne tryk i lipo-batteri 5s under normal drift, men åbner også automatisk for at lindre trykket, når det interne tryk når den farlige grænse. Placeringen af trykaflastningsanordningen skal tage hensyn til stigningen i det interne tryk i batterikabinettet og de deraf følgende deformationsegenskaber; designet af sikkerhedsventilen kan opnås ved hjælp af lameller, kanter, sømme og hakker osv.
3 Forbedr håndværksniveauet
Der gøres en indsats for at standardisere og ensrette produktionsprocessen for lipo-batteri 5s celler. I trin som blanding, belægning, bagning, komprimering, opskæring og vikling udarbejdes standardisering (såsom membranbredde, elektrolytindsprøjtningsvolumen osv.) og forbedres procesmetoder (såsom lavtryksindsprøjtningsmetode, centrifugalskalmetode osv.), der udføres god proceskontrol, sikres proceskvalitet og reduceres forskelle mellem produkter; der oprettes særlige trin i nøgletrin, der påvirker sikkerheden (såsom afgratning, pudsning af pulver og forskellig svejsning for forskellige materialer). metoder osv.), implementeres standardiseret kvalitetskontrol, defekte dele af lipo-batteri 5s elimineres, og defekte produkter udelukkes (såsom polstykke-deformation, membranpunktering, aktiv materialefrafald og elektrolytlækage osv.); produktionsstedet holdes ryddeligt og rent, 5S-ledelse og 6-sigma kvalitetskontrol implementeres for at forhindre, at urenheder og fugt blandes i produktionen og minimere virkningen af uventede situationer i produktionen af lipo-batteri 5s på sikkerheden.
Ovenstående er hele indholdet om sikkerhedsproblemer ved lipo-batteri 5s bragt til dig af CNHL, et professionelt lithiumbatteriselskab i dag, med håb om at hjælpe dig med at forstå årsagerne til sikkerhedsproblemerne ved lipo-batteri 5s og tage tilsvarende foranstaltninger for at forbedre sikkerheden af lithiumbatterier.

Mere information om lithiumbatterier kan findes nedenfor:
Hvor meget ved du om square 6s 22.2v lipo batteri?

Hvor sikre er lipo-batterier?