[Productos secos] batería lipo 5s peligro y tecnología de seguridad

Hoy, el fabricante de baterías de litio CNHL presentará el peligro de la batería lipo 5s y su tecnología de seguridad. El artículo analizará el origen del peligro de la batería lipo 5s y ofrecerá tecnologías relevantes para garantizar la seguridad de los productos de batería lipo 5s.
Respecto a la seguridad de las baterías de litio, también lo introduje en el artículo anterior problemas de seguridad y medidas preventivas de la batería lipo cnhl 6s. Los socios interesados pueden hacer clic para ver.

El peligro de la batería lipo 5s

Por sus propias características químicas y composición del sistema, la batería lipo 5s determina que es una fuente de energía química potencialmente peligrosa.
1 Alta actividad química
El litio es un elemento del grupo principal I del segundo período de la tabla periódica y tiene propiedades químicas extremadamente activas.
2 Alta densidad energética 
La energía específica de la batería lipo 5s es extremadamente alta (≥140 Wh/kg), que es varias veces la de las baterías secundarias de níquel-cadmio, níquel-hidruro metálico y otras. Si ocurre una reacción de fuga térmica, liberará mucho calor y fácilmente conducirá a comportamientos inseguros.
3 Uso de un sistema electrolito orgánico
El solvente orgánico del sistema electrolito orgánico es hidrocarburo, que tiene un bajo voltaje de descomposición y es propenso a la oxidación, y el solvente es inflamable; si hay una fuga, causará que la batería lipo 5s se incendie, o incluso se queme y explote.
4 Alta probabilidad de reacciones secundarias
En el proceso de uso normal, la batería lipo 5s experimenta una reacción química positiva en la que la energía eléctrica y la energía química se convierten entre sí. Pero bajo ciertas condiciones, como sobrecarga y sobredescarga o trabajo con sobrecorriente, es fácil que se produzcan reacciones químicas secundarias dentro de la batería lipo 5s; después de que la reacción secundaria se intensifica, afectará gravemente el rendimiento y la vida útil de la batería lipo 5s, y puede generar una gran cantidad de gas, causando que la presión dentro de la batería lipo 5s aumente rápidamente y luego explote y se incendie, causando problemas de seguridad.
5 Inestabilidad estructural de los materiales del electrodo
La reacción de sobrecarga 5s de la batería lipo cambiará la estructura del material del electrodo positivo y hará que el material tenga un fuerte efecto oxidante, haciendo que el solvente en el electrolito se oxide fuertemente; y este efecto es irreversible, y el calor causado por la reacción se acumulará si se acumula. Existe peligro de fuga térmica.

Análisis de problemas de seguridad de productos de batería lipo 5s

Después de 30 años de desarrollo industrial, los productos de batería lipo 5s han logrado grandes avances en tecnología de seguridad, controlando eficazmente la ocurrencia de reacciones secundarias en la batería y garantizando la seguridad de la misma. Sin embargo, con el uso creciente de la batería lipo 5s y el aumento de la densidad energética, en los últimos años han ocurrido con frecuencia incidentes como explosiones, lesiones o retiradas de productos debido a riesgos de seguridad. Concluimos que las principales razones de los problemas de seguridad de los productos de batería lipo 5s son las siguientes:

Problema en el material núcleo de la batería lipo 5s

Los materiales usados en la batería incluyen: material activo positivo de la batería lipo 5s, material activo negativo, separador, electrolito y carcasa, etc. La selección de materiales y la combinación del sistema compuesto determinan el rendimiento de seguridad de la batería. Al elegir los materiales activos positivo y negativo y los materiales del diafragma para la batería lipo 5s, el fabricante no realizó una evaluación adecuada sobre las características y la compatibilidad de las materias primas, lo que resultó en una deficiencia congénita en la seguridad de la celda.

Problemas en el proceso de producción de la batería lipo 5s

Las materias primas de las celdas de batería no se prueban estrictamente y el ambiente de producción es deficiente, lo que resulta en la mezcla de impurezas durante la producción, lo que no solo tiene un gran efecto adverso en la capacidad de la batería, sino también un gran impacto en la seguridad de la batería;
Además, si se mezcla demasiada agua en el electrolito de la batería lipo 5s, pueden ocurrir reacciones secundarias y aumentar la presión interna de la batería, lo que afectará la seguridad;
Debido a la limitación del nivel tecnológico de producción, en el proceso de fabricación de la celda de la batería lipo 5s, el producto no puede lograr una buena consistencia, como mala planitud del sustrato del electrodo, desprendimiento del material activo del electrodo, mezcla de otras impurezas en el material activo, mala firmeza en la soldadura de las pestañas, temperatura de soldadura inestable, rebabas en el borde de la pieza polar y ausencia de cinta aislante en partes clave, lo que puede afectar negativamente la seguridad de las celdas de la batería lipo 5s.

Defectos en el diseño de la celda de la batería lipo 5s, reducción del rendimiento de seguridad

En cuanto al diseño estructural, muchos puntos clave que afectan la seguridad no han sido atendidos por los fabricantes. Por ejemplo, no hay cinta aislante en partes clave, no hay margen o el margen es insuficiente en el diseño del diafragma, y la proporción de capacidad de los electrodos positivo y negativo de la batería lipo 5s (¿Cuál es la capacidad de la batería lipo 11.1v?) tiene un diseño irracional, diseño irracional de la proporción de área de los materiales activos positivo y negativo, diseño irracional de la longitud de las pestañas, etc., estos pueden ocultar peligros para la seguridad de la batería lipo 5s. Además, en el proceso de producción de las celdas de batería, para ahorrar costos y mejorar el rendimiento, algunos fabricantes de celdas intentan ahorrar y comprimir materias primas, como reducir el área de los diafragmas, adelgazar la lámina de cobre, la lámina de aluminio, y no usar válvulas de alivio de presión ni cintas aislantes, etc., lo que reducirá la seguridad de la batería.

La densidad de energía de la batería lipo 5s es demasiado alta

Actualmente, el mercado está buscando productos de baterías de mayor capacidad. Para aumentar la competitividad de los productos, los fabricantes continúan mejorando la energía específica volumétrica de la batería lipo 5s, lo que incrementa en gran medida el peligro de las baterías.

Tecnología de seguridad de la batería lipo 5s

Aunque la batería lipo 5s tiene muchos peligros ocultos, bajo condiciones específicas de uso y tomando ciertas medidas, la ocurrencia de reacciones secundarias y reacciones violentas en la batería puede ser controlada eficazmente para garantizar su uso seguro. A continuación se presenta una breve introducción a varias tecnologías de seguridad comúnmente utilizadas para la batería lipo 5s.

1 Utilice materias primas para la batería lipo 5s con un factor de seguridad más alto:

Utilice materiales activos positivos y negativos, materiales de membrana y electrolitos para la batería lipo 5s con un factor de seguridad más alto.
Sobre los materiales activos positivos y negativos, materiales de membrana y electrolitos de la batería lipo, el siguiente artículo tiene una introducción detallada. Los socios interesados pueden hacer clic para ver:
¡Cuatro materiales clave para productos secos de batería lipo 3s!
a) Selección del material del electrodo positivo para la batería lipo 5s
La seguridad de los materiales del cátodo se basa principalmente en los siguientes tres aspectos:
1 Estabilidad termodinámica del material;
2 la estabilidad química del material;
3 Propiedades físicas del material.
b) Selección del material de la membrana para la batería lipo 5s

La función principal del separador es separar los electrodos positivo y negativo de la batería, para evitar que los electrodos positivo y negativo entren en contacto y se produzca un cortocircuito, y al mismo tiempo, tiene la capacidad de permitir el paso de iones del electrolito, es decir, aislamiento electrónico y conductividad iónica. Al elegir una membrana para la batería lipo 5s, debe prestar atención a los siguientes puntos:
1 Tiene aislamiento electrónico para asegurar el aislamiento mecánico de los electrodos positivo y negativo;
2 Tiene un cierto tamaño de poro y porosidad para garantizar baja resistencia y alta conductividad iónica;
3 El material del diafragma tiene suficiente estabilidad química y debe ser resistente a la corrosión del electrolito;
4 El diafragma debe tener la función de protección de apagado automático;
5 La contracción térmica y la deformabilidad del diafragma deben ser lo más pequeñas posible;
6 El diafragma debe tener un cierto grosor;
7 El diafragma debe tener una resistencia física fuerte y suficiente resistencia a la perforación.
c) Elección del electrolito para la batería lipo 5s
El electrolito es una parte importante de la batería lipo 5s, que desempeña el papel de transportar y conducir corriente entre los electrodos positivo y negativo de la batería. El electrolito utilizado en la batería lipo 5s es una solución electrolítica formada disolviendo una sal de litio adecuada en un disolvente mixto orgánico aprótico. Generalmente debe cumplir con los siguientes requisitos:
1 Buena estabilidad química, sin reacción química con el material activo del electrodo, colector de corriente y diafragma;
2 Buena estabilidad electroquímica y amplia ventana electroquímica;
3 La conductividad de iones de litio es alta, la conductividad electrónica es baja;
4 Amplio rango de temperatura del líquido;
5 Seguro, no tóxico y respetuoso con el medio ambiente.

2 Fortalecer el diseño general de seguridad de las celdas de la batería lipo 5s:

La celda de la batería es el enlace que combina varias sustancias de la batería. Es la integración del electrodo positivo, electrodo negativo, diafragma, pestaña y película de embalaje de la batería lipo 5s. El diseño estructural de la celda de la batería no solo afecta el rendimiento de varios materiales, sino que también afecta el rendimiento electroquímico general y el rendimiento de seguridad de la batería lipo 5s, teniendo un impacto importante. La selección de materiales y el diseño de la estructura de la celda son exactamente la relación entre la parte y el todo. En el diseño de la celda, se debe formular un modelo estructural razonable en combinación con las propiedades del material.
Además, también se pueden considerar algunos dispositivos de protección adicionales en la estructura de la batería lipo 5s. Los diseños comunes de mecanismos de protección son los siguientes:
1 Usando elementos de conmutación, cuando la temperatura de la batería lipo aumenta dentro de 5s, su resistencia aumentará, y cuando la temperatura sea demasiado alta, se detendrá automáticamente el suministro de energía;
2 Configure la válvula de seguridad (es decir, el orificio de ventilación en la parte superior de la batería lipo 5s). Cuando la presión interna de la batería aumenta a un cierto valor, la válvula de seguridad se abrirá automáticamente para garantizar la seguridad de la batería lipo 5s.
Los siguientes son algunos ejemplos del diseño de seguridad de la estructura de la celda:
a) Proporción de capacidad positiva y negativa y tamaño de diseño
Elija la proporción adecuada de capacidad positiva y negativa según las características de los materiales positivo y negativo. La proporción de capacidad positiva y negativa de la batería es un vínculo importante relacionado con la seguridad de la batería lipo 5s. Si la capacidad positiva es demasiado grande, aparecerá litio metálico en la superficie del electrodo negativo. Si el electrodo negativo es demasiado grande, la capacidad de la batería se perderá en gran medida. En general, N/P=1.05～1.15, y se debe hacer una elección adecuada según la capacidad real de la batería y los requisitos de seguridad. Diseñe piezas grandes y pequeñas para que la posición de la pasta del electrodo negativo (material activo) cubra (sea mayor que) la posición de la pasta del electrodo positivo. Generalmente, el ancho debe ser 1-5 mm mayor y la longitud debe ser 5-10 mm mayor.
b) Hay un margen para el ancho del diafragma
El principio general del diseño del ancho de la membrana es evitar que las placas positiva y negativa entren en contacto directo y causen un cortocircuito interno. Debido a que la batería lipo 5s, durante el proceso de carga y descarga y en el ambiente de choque térmico, la contracción térmica de la membrana provoca que la membrana se deforme en las direcciones de longitud y ancho. 

El área plegada de la membrana aumenta la polarización debido al aumento de la distancia entre los electrodos positivo y negativo; el área estirada de la membrana aumenta la posibilidad de microcortocircuito debido al adelgazamiento de la membrana; la contracción del área del borde de la membrana puede causar un cortocircuito interno positivo y negativo debido al contacto directo, lo que hará que la batería sea peligrosa debido a la fuga térmica.

Por lo tanto, al diseñar la batería lipo 5s, se deben considerar las características de contracción del separador en el uso del área y el ancho, y el separador debe ser más grande que el ánodo y el cátodo. Considerando el error del proceso, la película aislante debe ser al menos 0.1 mm más larga que el borde exterior de la pieza del polo.
c) Tratamiento de aislamiento
El cortocircuito interno es un factor importante para que la batería lipo 5s tenga posibles riesgos de seguridad. Hay muchas partes potencialmente peligrosas que causan cortocircuito interno en el diseño estructural de la celda de la batería. Por lo tanto, se deben establecer medidas necesarias o aislamiento en estas posiciones clave para prevenir condiciones anormales. En caso de un cortocircuito en la batería, por ejemplo: mantener la distancia necesaria entre las orejas positiva y negativa de la batería lipo 5s; colocar cinta aislante en el medio del lado único sin pegamento en el extremo, y cubrir todas las partes expuestas; pegar aislamiento entre la lámina de aluminio positiva y el material activo negativo; usar cinta aislante para cubrir todas las partes soldadas de las pestañas; usar cinta aislante en la parte superior de la celda.

d) Instalar válvula de seguridad (dispositivo de alivio de presión)
El peligro de la batería lipo 5s suele ser causado por una explosión o incendio debido a una temperatura o presión interna excesiva; se puede instalar un dispositivo de alivio de presión razonable para liberar rápidamente la presión y el calor dentro de la batería cuando ocurre un peligro, reduciendo el riesgo de explosión. Los requisitos razonables del dispositivo de alivio de presión no solo deben soportar la presión interna de la batería lipo 5s durante el funcionamiento normal, sino también abrirse automáticamente para aliviar la presión cuando la presión interna alcance el límite peligroso. La ubicación del dispositivo de alivio de presión debe considerar las características de deformación resultantes del aumento de presión interna del estuche de la batería; el diseño de la válvula de seguridad puede lograrse mediante láminas, bordes, costuras y muescas, etc.

3 Mejorar el nivel de la artesanía:

Aunque la batería lipo 5s tiene muchos peligros ocultos, bajo condiciones específicas de uso y tomando ciertas medidas, la ocurrencia de reacciones secundarias y reacciones violentas en la batería puede ser controlada eficazmente para garantizar su uso seguro. A continuación se presenta una breve introducción a varias tecnologías de seguridad comúnmente utilizadas para la batería lipo 5s.
1 Utilice materias primas para la batería lipo 5s con un factor de seguridad más alto
Utilice materiales activos positivos y negativos, materiales de membrana y electrolitos para la batería lipo 5s con un factor de seguridad más alto.
a) Selección del material del electrodo positivo para la batería lipo 5s
La seguridad de los materiales del cátodo se basa principalmente en los siguientes tres aspectos:
1 Estabilidad termodinámica del material;
2 la estabilidad química del material;
3 Propiedades físicas del material.
b) Selección del material de la membrana para la batería lipo 5s
La función principal del separador es separar los electrodos positivo y negativo de la batería, para evitar que los electrodos positivo y negativo entren en contacto y se produzca un cortocircuito, y al mismo tiempo, tiene la capacidad de permitir el paso de iones del electrolito, es decir, aislamiento electrónico y conductividad iónica. Al elegir una membrana para la batería lipo 5s, debe prestar atención a los siguientes puntos:
1 Tiene aislamiento electrónico para asegurar el aislamiento mecánico de los electrodos positivo y negativo;
2 Tiene un cierto tamaño de poro y porosidad para garantizar baja resistencia y alta conductividad iónica;
3 El material del diafragma tiene suficiente estabilidad química y debe ser resistente a la corrosión del electrolito;
4 El diafragma debe tener la función de protección de apagado automático;
5 La contracción térmica y la deformabilidad del diafragma deben ser lo más pequeñas posible;
6 El diafragma debe tener un cierto grosor;
7 El diafragma debe tener una resistencia física fuerte y suficiente resistencia a la perforación.
c) Elección del electrolito para la batería lipo 5s
El electrolito es una parte importante de la batería lipo 5s, que desempeña el papel de transportar y conducir corriente entre los electrodos positivo y negativo de la batería. El electrolito utilizado en la batería lipo 5s es una solución electrolítica formada disolviendo una sal de litio adecuada en un disolvente mixto orgánico aprótico. Generalmente debe cumplir con los siguientes requisitos:
1 Buena estabilidad química, sin reacción química con el material activo del electrodo, colector de corriente y diafragma;
2 Buena estabilidad electroquímica y amplia ventana electroquímica;
3 La conductividad de iones de litio es alta, la conductividad electrónica es baja;
4 Amplio rango de temperatura del líquido;
5 Seguro, no tóxico y respetuoso con el medio ambiente.
2 Fortalecer el diseño general de seguridad de las celdas de la batería lipo 5s
La celda de la batería es el enlace que combina varias sustancias de la batería. Es la integración del electrodo positivo, electrodo negativo, diafragma, pestaña y película de embalaje de la batería lipo 5s. El diseño estructural de la celda de la batería no solo afecta el rendimiento de varios materiales, sino que también afecta el rendimiento electroquímico general y el rendimiento de seguridad de la batería lipo 5s, teniendo un impacto importante. La selección de materiales y el diseño de la estructura de la celda son exactamente la relación entre la parte y el todo. En el diseño de la celda, se debe formular un modelo estructural razonable en combinación con las propiedades del material.

Además, también se pueden considerar algunos dispositivos de protección adicionales en la estructura de la batería lipo 5s. Los diseños comunes de mecanismos de protección son los siguientes:
1 Usando elementos de conmutación, cuando la temperatura de la batería lipo aumenta dentro de 5s, su resistencia aumentará, y cuando la temperatura sea demasiado alta, se detendrá automáticamente el suministro de energía;
2 Configure la válvula de seguridad (es decir, el orificio de ventilación en la parte superior de la batería lipo 5s). Cuando la presión interna de la batería aumenta a un cierto valor, la válvula de seguridad se abrirá automáticamente para garantizar la seguridad de la batería lipo 5s.
Los siguientes son algunos ejemplos del diseño de seguridad de la estructura de la celda:
a) Proporción de capacidad positiva y negativa y tamaño de diseño
Elija la proporción adecuada de capacidad positiva y negativa según las características de los materiales positivo y negativo. La proporción de capacidad positiva y negativa de la batería es un vínculo importante relacionado con la seguridad de la batería lipo 5s. Si la capacidad positiva es demasiado grande, aparecerá litio metálico en la superficie del electrodo negativo. Si el electrodo negativo es demasiado grande, la capacidad de la batería se perderá en gran medida. En general, N/P=1.05～1.15, y se debe hacer una elección adecuada según la capacidad real de la batería y los requisitos de seguridad. Diseñe piezas grandes y pequeñas para que la posición de la pasta del electrodo negativo (material activo) cubra (sea mayor que) la posición de la pasta del electrodo positivo. Generalmente, el ancho debe ser 1-5 mm mayor y la longitud debe ser 5-10 mm mayor.
b) Hay un margen para el ancho del diafragma
El principio general del diseño del ancho del diafragma es evitar que las placas positiva y negativa entren en contacto directo y causen un cortocircuito interno. Debido a que la batería lipo 5s, durante el proceso de carga y descarga y en un ambiente de choque térmico, la contracción térmica del diafragma provoca que este se deforme en las direcciones de longitud y ancho, el área plegada del diafragma aumenta la polarización debido al aumento de la distancia entre los electrodos positivo y negativo; el área estirada del diafragma aumenta la posibilidad de microcortocircuito debido al adelgazamiento del diafragma; la contracción del área del borde del diafragma puede causar un cortocircuito interno positivo y negativo debido al contacto directo, lo que hará que la batería sea peligrosa debido a la fuga térmica. Por lo tanto, al diseñar la batería lipo 5s, se deben considerar las características de contracción del separador en el uso del área y ancho, y el separador debe ser más grande que el ánodo y cátodo. Considerando el error del proceso, la película aislante debe ser al menos 0.1 mm más larga que el borde exterior de la pieza del polo.
c) Tratamiento de aislamiento
El cortocircuito interno es un factor importante para que la batería lipo 5s tenga posibles riesgos de seguridad. Hay muchas partes potencialmente peligrosas que causan cortocircuito interno en el diseño estructural de la celda de la batería. Por lo tanto, se deben establecer medidas necesarias o aislamiento en estas posiciones clave para prevenir condiciones anormales. En caso de un cortocircuito en la batería, por ejemplo: mantener la distancia necesaria entre las orejas positiva y negativa de la batería lipo 5s; colocar cinta aislante en el medio del lado único sin pegamento en el extremo, y cubrir todas las partes expuestas; pegar aislamiento entre la lámina de aluminio positiva y el material activo negativo; usar cinta aislante para cubrir todas las partes soldadas de las pestañas; usar cinta aislante en la parte superior de la celda.
d) Instalar válvula de seguridad (dispositivo de alivio de presión)
El peligro de la batería lipo 5s suele ser causado por una explosión o incendio debido a una temperatura o presión interna excesiva; se puede instalar un dispositivo de alivio de presión razonable para liberar rápidamente la presión y el calor dentro de la batería cuando ocurre un peligro, reduciendo el riesgo de explosión. Los requisitos razonables del dispositivo de alivio de presión no solo deben soportar la presión interna de la batería lipo 5s durante el funcionamiento normal, sino también abrirse automáticamente para aliviar la presión cuando la presión interna alcance el límite peligroso. La ubicación del dispositivo de alivio de presión debe considerar las características de deformación resultantes del aumento de presión interna del estuche de la batería; el diseño de la válvula de seguridad puede lograrse mediante láminas, bordes, costuras y muescas, etc.
3 Mejorar el nivel de destreza
Se hacen esfuerzos para estandarizar y normalizar el proceso de producción de las celdas de batería lipo 5s. En los pasos de mezcla, recubrimiento, horneado, compactación, corte y enrollado, se formula la estandarización (como el ancho del diafragma, el volumen de inyección de electrolito, etc.), y se mejoran los métodos de proceso (como el método de inyección a baja presión, el método de carcasa centrífuga, etc.), se realiza un buen control del proceso, se asegura la calidad del proceso y se reduce la diferencia entre productos; se establecen pasos especiales en etapas clave que afectan la seguridad (como el desbarbado, barrido de polvo y soldadura diferente para distintos materiales), se implementa un monitoreo de calidad estandarizado, se eliminan las piezas defectuosas de la batería lipo 5s y se excluyen productos defectuosos (como deformación de la pieza polar, perforación del diafragma, desprendimiento del material activo y fuga de electrolito, etc.); se mantiene el sitio de producción ordenado y limpio, se implementa la gestión 5S y el control de calidad 6-sigma para prevenir la mezcla de impurezas y humedad en la producción y minimizar el impacto de situaciones inesperadas en la producción de la batería lipo 5s sobre la seguridad.
Lo anterior es el contenido completo sobre los problemas de seguridad de la batería lipo 5s presentado por CNHL, una empresa profesional de baterías de litio, con la esperanza de ayudarle a entender las razones de los problemas de seguridad de la batería lipo 5s y tomar medidas correspondientes para mejorar la seguridad de las baterías de litio.

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