[Produits secs] batterie lipo 5s danger et technologie de sécurité

Aujourd'hui, le fabricant de batteries au lithium CNHL présentera le danger de la batterie lipo 5s et sa technologie de sécurité. L'article analysera la source du danger de la batterie lipo 5s et proposera des technologies pertinentes pour garantir la sécurité des produits batterie lipo 5s.
Concernant la sécurité des batteries au lithium, je l'ai aussi présenté dans l'article précédent problèmes de sécurité de la batterie cnhl 6s lipo et mesures préventives. Les partenaires intéressés peuvent cliquer pour voir.

Le danger de la batterie lipo 5s

D'après ses propres caractéristiques chimiques et la composition du système, la batterie lipo 5s détermine qu'il s'agit d'une source d'alimentation chimique potentiellement dangereuse.
1 Haute activité chimique
Le lithium est un élément du groupe principal I de la deuxième période du tableau périodique et possède des propriétés chimiques extrêmement actives.
2 Haute densité énergétique 
L'énergie spécifique de la batterie lipo 5s est extrêmement élevée (≥140 Wh/kg), ce qui est plusieurs fois celle des batteries secondaires nickel-cadmium, nickel-hydrure métallique et autres. En cas d'emballement thermique, elle libérera une chaleur élevée et conduira facilement à un comportement dangereux.
3 Utilisation d'un système électrolytique organique
Le solvant organique du système électrolytique organique est un hydrocarbure, qui a une faible tension de décomposition et est sujet à l'oxydation, et le solvant est inflammable ; en cas de fuite, cela provoquera un incendie de la batterie lipo 5s, voire une combustion et une explosion.
4 Forte probabilité de réactions secondaires
Dans le processus d'utilisation normale, la batterie lipo 5s subit une réaction chimique positive dans laquelle l'énergie électrique et l'énergie chimique se convertissent l'une en l'autre. Mais dans certaines conditions, telles que surcharge et décharge excessive ou un fonctionnement en surintensité, il est facile de provoquer des réactions secondaires chimiques à l'intérieur de la batterie lipo 5s ; après intensification de la réaction secondaire, cela affectera gravement la performance et la durée de vie de la batterie lipo 5s, et peut générer une grande quantité de gaz, provoquant une augmentation rapide de la pression à l'intérieur de la batterie lipo 5s, puis une explosion et un incendie, causant des problèmes de sécurité.
5 Instabilité structurelle des matériaux d'électrode
La réaction de surcharge 5s de la batterie lipo modifie la structure du matériau de l'électrode positive et confère au matériau un fort effet oxydant, ce qui fait que le solvant dans l'électrolyte s'oxyde fortement ; cet effet est irréversible, et la chaleur causée par la réaction s'accumule si elle n'est pas dissipée. Il existe un danger de emballement thermique.

Analyse des problèmes de sécurité des produits de batterie lipo 5s

Après 30 ans de développement industriel, les produits de batterie lipo 5s ont fait de grands progrès en technologie de sécurité, contrôlant efficacement l'apparition de réactions secondaires dans la batterie et garantissant la sécurité de la batterie. Cependant, avec l'utilisation croissante de la batterie lipo 5s et l'augmentation de la densité énergétique, ces dernières années, des incidents tels que des explosions, des blessures ou des rappels de produits dus à des risques de sécurité se sont produits fréquemment. Nous concluons que les principales raisons des problèmes de sécurité des produits de batterie lipo 5s sont les suivantes :

Problème de matériau de base de la batterie lipo 5s

Les matériaux utilisés dans la batterie comprennent : matériau actif positif de la batterie lipo 5s, matériau actif négatif, séparateur, électrolyte et coque, etc. Le choix des matériaux et l'association du système composé déterminent la performance de sécurité de la batterie. Lors du choix des matériaux actifs positifs et négatifs et des matériaux du séparateur pour la batterie lipo 5s, le fabricant n'a pas effectué une certaine évaluation des caractéristiques et de la compatibilité des matières premières, ce qui entraîne une insuffisance congénitale de la sécurité des cellules.

Problèmes liés au processus de production de la batterie lipo 5s

Les matières premières des cellules de batterie ne sont pas testées rigoureusement et l'environnement de production est médiocre, ce qui entraîne la présence d'impuretés dans la production, ce qui a non seulement un grand effet négatif sur la capacité de la batterie, mais aussi un impact important sur la sécurité de la batterie ;
De plus, si trop d'eau est mélangée à l'électrolyte de la batterie lipo 5s, des réactions secondaires peuvent se produire et la pression interne de la batterie peut augmenter, ce qui affectera la sécurité ;
En raison de la limitation du niveau de technologie de production, dans le processus de fabrication des cellules de la batterie lipo 5s, le produit ne peut pas atteindre une bonne homogénéité, comme une mauvaise planéité du substrat de l'électrode, le décollement du matériau actif de l'électrode, la présence d'autres impuretés dans le matériau actif, une soudure des languettes peu solide, une température de soudure instable, des bavures sur le bord de la pièce polaire, et l'absence de ruban isolant dans les parties clés peuvent affecter négativement la sécurité des cellules de batterie lipo 5s.

Défauts de conception des cellules de batterie lipo 5s, performance de sécurité réduite

En termes de conception structurelle, de nombreux points clés ayant un impact sur la sécurité n'ont pas été pris en compte par les fabricants. Par exemple, il n'y a pas de ruban isolant dans les parties clés, il n'y a pas de marge ou une marge insuffisante dans la conception du séparateur, et le rapport de capacité des électrodes positives et négatives de la batterie lipo 5s (Quelle est la capacité de la batterie lipo 11,1 V ?) est mal conçu, la conception du rapport de surface des matériaux actifs positifs et négatifs est irrationnelle, la conception de la longueur des languettes est déraisonnable, etc., ce qui peut cacher des dangers pour la sécurité de la batterie lipo 5s. De plus, dans le processus de production des cellules de batterie, afin de réduire les coûts et d'améliorer les performances, certains fabricants de cellules de batterie essaient d'économiser et de compresser les matières premières, comme réduire la surface des séparateurs, amincir la feuille de cuivre, la feuille d'aluminium, et ne pas utiliser de soupapes de décharge et de rubans isolants, etc., ce qui réduit la sécurité de la batterie.

La densité énergétique de la batterie lipo 5s est trop élevée

Actuellement, le marché recherche des produits de batterie à plus grande capacité. Afin d'augmenter la compétitivité des produits, les fabricants continuent d'améliorer l'énergie spécifique volumique de la batterie lipo 5s, ce qui augmente considérablement le danger des batteries.

Technologie de sécurité de la batterie lipo 5s

Bien que la batterie lipo 5s présente de nombreux dangers cachés, dans des conditions d'utilisation spécifiques et en prenant certaines mesures, l'apparition de réactions secondaires et de réactions violentes dans la batterie peut être efficacement contrôlée pour garantir son utilisation en toute sécurité. Voici une brève introduction à plusieurs technologies de sécurité couramment utilisées pour la batterie lipo 5s.

1 Utiliser des matières premières pour batterie lipo 5s avec un facteur de sécurité plus élevé :

Utiliser des matériaux actifs positifs et négatifs, des matériaux de membrane et des électrolytes pour batterie lipo 5s avec un facteur de sécurité plus élevé.
Concernant les matériaux actifs positifs et négatifs, les matériaux de membrane et les électrolytes de la batterie lipo, l'article suivant en fait une introduction détaillée. Les partenaires intéressés peuvent cliquer pour voir :
Quatre matériaux clés pour les produits secs de batterie lipo 3s !
a) Sélection du matériau d'électrode positive pour batterie lipo 5s
La sécurité des matériaux cathodiques repose principalement sur les trois aspects suivants :
1 Stabilité thermodynamique du matériau ;
2 la stabilité chimique du matériau ;
3 Propriétés physiques du matériau.
b) Sélection du matériau de la membrane pour batterie lipo 5s

La fonction principale du séparateur est de séparer les électrodes positives et négatives de la batterie, afin d'empêcher le contact et le court-circuit entre les électrodes positives et négatives, tout en ayant la capacité de laisser passer les ions de l'électrolyte, c'est-à-dire une isolation électronique et une conductivité ionique. Lors du choix d'une membrane pour batterie lipo 5s, vous devez prêter attention aux points suivants :
1 Il possède une isolation électronique pour assurer l'isolation mécanique des électrodes positives et négatives ;
2 A une certaine taille de pores et porosité pour assurer une faible résistance et une haute conductivité ionique ;
3 Le matériau du diaphragme doit avoir une stabilité chimique suffisante et doit résister à la corrosion de l'électrolyte ;
4 Le diaphragme doit avoir la fonction de protection par arrêt automatique ;
5 Le retrait thermique et la déformabilité du diaphragme doivent être aussi faibles que possible ;
6 Le diaphragme doit avoir une certaine épaisseur ;
7 Le diaphragme doit avoir une résistance physique élevée et une résistance suffisante à la perforation.
c) Choix de l'électrolyte de la batterie lipo 5s
L'électrolyte est une partie importante de la batterie lipo 5s, qui joue le rôle de transport et de conduction du courant entre les électrodes positive et négative de la batterie. L'électrolyte utilisé dans la batterie lipo 5s est une solution électrolytique formée en dissolvant un sel de lithium approprié dans un solvant mixte organique aprotique. Il doit généralement répondre aux exigences suivantes :
1 Bonne stabilité chimique, pas de 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 La conductivité des ions lithium est élevée, la conductivité électronique est faible ;
4 Large plage de température du liquide ;
5 Sûr, non toxique et respectueux de l'environnement.

2 Renforcer la conception globale de la sécurité des cellules de batterie lipo 5s :

La cellule de la batterie est le lien qui combine diverses substances de la batterie. C'est l'intégration de l'électrode positive, de l'électrode négative, du diaphragme, de la languette et du film d'emballage de la batterie lipo 5s. La conception structurelle de la cellule de la batterie affecte non seulement la performance des différents matériaux, mais aussi la performance électrochimique globale et la sécurité de la batterie lipo 5s. Le choix des matériaux et la conception de la structure de la cellule représentent exactement la relation entre la partie et le tout. Dans la conception de la cellule, un modèle structurel raisonnable doit être formulé en fonction des propriétés des matériaux.
De plus, certains dispositifs de protection supplémentaires peuvent également être envisagés sur la structure de la batterie lipo 5s. Les conceptions courantes des mécanismes de protection sont les suivantes :
1 En utilisant des éléments de commutation, lorsque la température de la batterie lipo augmente dans les 5s, sa résistance augmente, et lorsque la température est trop élevée, elle coupe automatiquement l'alimentation ;
2 Réglez la soupape de sécurité (c'est-à-dire le trou de ventilation sur le dessus de la batterie lipo 5s). Lorsque la pression interne de la batterie atteint une certaine valeur, la soupape de sécurité s'ouvrira automatiquement pour garantir la sécurité de la batterie lipo 5s.
Voici quelques exemples de la conception de sécurité de la structure de la cellule :
a) Rapport capacité positive et négative et taille de conception
Choisissez le rapport capacité positive/négative approprié selon les caractéristiques des matériaux positifs et négatifs. Le rapport de capacité positive et négative de la batterie est un lien important lié à la sécurité de la batterie lipo 5s. Si la capacité positive est trop grande, du lithium métallique apparaîtra à la surface de l'électrode négative. Si l'électrode négative est trop grande, la capacité de la batterie sera fortement réduite. En général, N/P=1,05～1,15, et faites un choix approprié selon la capacité réelle de la batterie et les exigences de sécurité. Concevez des pièces grandes et petites de sorte que la position de la pâte de l'électrode négative (matériau actif) couvre (soit plus grande que) la position de la pâte de l'électrode positive. En général, la largeur doit être plus grande de 1 à 5 mm et la longueur de 5 à 10 mm.
b) Il y a une marge pour la largeur du diaphragme
Le principe général de la conception de la largeur de la membrane est d'empêcher le contact direct entre les plaques positives et négatives et d'éviter un court-circuit interne. En raison du processus de charge et de décharge de la batterie lipo 5s et de l'environnement de choc thermique, le rétrécissement thermique de la membrane provoque une déformation de la membrane dans les directions de la longueur et de la largeur. 

La zone pliée de la membrane augmente la polarisation en raison de l'augmentation de la distance entre les électrodes positive et négative ; la zone étirée de la membrane augmente la possibilité de micro-court-circuit en raison de l'amincissement de la membrane ; le rétrécissement de la zone de bord de la membrane peut provoquer un court-circuit interne positif et négatif dû au contact direct, ce qui rendra la batterie dangereuse en raison d'une défaillance thermique.

Par conséquent, lors de la conception de la batterie lipo 5s, les caractéristiques de rétrécissement du séparateur doivent être prises en compte dans l'utilisation de la surface et de la largeur, et le séparateur doit être plus grand que l'anode et la cathode. En tenant compte de l'erreur de procédé, la membrane isolante doit être au moins 0,1 mm plus longue que le bord extérieur de la pièce polaire.
c) Traitement d'isolation
Le court-circuit interne est un facteur important pour que la batterie lipo 5s présente des risques potentiels de sécurité. Il existe de nombreuses parties potentiellement dangereuses qui causent un court-circuit interne dans la conception structurelle de la cellule de la batterie. Par conséquent, des mesures nécessaires ou une isolation doivent être mises en place à ces positions clés pour prévenir les conditions anormales. En cas de court-circuit dans la batterie, par exemple : maintenir la distance nécessaire entre les oreilles positives et négatives de la batterie lipo 5s ; placer du ruban isolant au milieu du côté unique sans pâte à l'extrémité, et couvrir toutes les parties exposées ; coller une isolation entre la feuille d'aluminium positive et le matériau actif négatif ; utiliser du ruban isolant pour couvrir toutes les parties soudées des languettes ; utiliser du ruban isolant sur le dessus de la cellule.

d) Installer une soupape de sécurité (dispositif de décharge de pression)
Le danger des batteries lipo 5s est souvent causé par une explosion ou un incendie dû à une température ou une pression interne excessive ; un dispositif de décharge de pression raisonnable peut être installé pour libérer rapidement la pression et la chaleur à l'intérieur de la batterie en cas de danger, réduisant ainsi le risque d'explosion. Les exigences d'un dispositif de décharge de pression raisonnable doivent non seulement supporter la pression interne des batteries lipo 5s en fonctionnement normal, mais aussi s'ouvrir automatiquement pour soulager la pression lorsque la pression interne atteint la limite dangereuse. L'emplacement du dispositif de décharge de pression doit prendre en compte les caractéristiques de déformation résultant de l'augmentation de la pression interne du boîtier de la batterie ; la conception de la soupape de sécurité peut être réalisée par des moyens tels que des lamelles, des bords, des coutures et des entailles, etc.

3 Améliorer le niveau de savoir-faire :

Bien que la batterie lipo 5s présente de nombreux dangers cachés, dans des conditions d'utilisation spécifiques et en prenant certaines mesures, l'apparition de réactions secondaires et de réactions violentes dans la batterie peut être efficacement contrôlée pour garantir son utilisation en toute sécurité. Voici une brève introduction à plusieurs technologies de sécurité couramment utilisées pour la batterie lipo 5s.
1 Utiliser des matières premières pour batterie lipo 5s avec un facteur de sécurité plus élevé
Utiliser des matériaux actifs positifs et négatifs, des matériaux de membrane et des électrolytes pour batterie lipo 5s avec un facteur de sécurité plus élevé.
a) Sélection du matériau d'électrode positive pour batterie lipo 5s
La sécurité des matériaux cathodiques repose principalement sur les trois aspects suivants :
1 Stabilité thermodynamique du matériau ;
2 la stabilité chimique du matériau ;
3 Propriétés physiques du matériau.
b) Sélection du matériau de la membrane pour batterie lipo 5s
La fonction principale du séparateur est de séparer les électrodes positives et négatives de la batterie, afin d'empêcher le contact et le court-circuit entre les électrodes positives et négatives, tout en ayant la capacité de laisser passer les ions de l'électrolyte, c'est-à-dire une isolation électronique et une conductivité ionique. Lors du choix d'une membrane pour batterie lipo 5s, vous devez prêter attention aux points suivants :
1 Il possède une isolation électronique pour assurer l'isolation mécanique des électrodes positives et négatives ;
2 A une certaine taille de pores et porosité pour assurer une faible résistance et une haute conductivité ionique ;
3 Le matériau du diaphragme doit avoir une stabilité chimique suffisante et doit résister à la corrosion de l'électrolyte ;
4 Le diaphragme doit avoir la fonction de protection par arrêt automatique ;
5 Le retrait thermique et la déformabilité du diaphragme doivent être aussi faibles que possible ;
6 Le diaphragme doit avoir une certaine épaisseur ;
7 Le diaphragme doit avoir une résistance physique élevée et une résistance suffisante à la perforation.
c) Choix de l'électrolyte de la batterie lipo 5s
L'électrolyte est une partie importante de la batterie lipo 5s, qui joue le rôle de transport et de conduction du courant entre les électrodes positive et négative de la batterie. L'électrolyte utilisé dans la batterie lipo 5s est une solution électrolytique formée en dissolvant un sel de lithium approprié dans un solvant mixte organique aprotique. Il doit généralement répondre aux exigences suivantes :
1 Bonne stabilité chimique, pas de 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 La conductivité des ions lithium est élevée, la conductivité électronique est faible ;
4 Large plage de température du liquide ;
5 Sûr, non toxique et respectueux de l'environnement.
2 Renforcer la conception globale de sécurité des cellules de la batterie lipo 5s
La cellule de la batterie est le lien qui combine diverses substances de la batterie. C'est l'intégration de l'électrode positive, de l'électrode négative, du diaphragme, de la languette et du film d'emballage de la batterie lipo 5s. La conception structurelle de la cellule de la batterie affecte non seulement la performance des différents matériaux, mais aussi la performance électrochimique globale et la sécurité de la batterie lipo 5s. Le choix des matériaux et la conception de la structure de la cellule représentent exactement la relation entre la partie et le tout. Dans la conception de la cellule, un modèle structurel raisonnable doit être formulé en fonction des propriétés des matériaux.

De plus, certains dispositifs de protection supplémentaires peuvent également être envisagés sur la structure de la batterie lipo 5s. Les conceptions courantes des mécanismes de protection sont les suivantes :
1 En utilisant des éléments de commutation, lorsque la température de la batterie lipo augmente dans les 5s, sa résistance augmente, et lorsque la température est trop élevée, elle coupe automatiquement l'alimentation ;
2 Réglez la soupape de sécurité (c'est-à-dire le trou de ventilation sur le dessus de la batterie lipo 5s). Lorsque la pression interne de la batterie atteint une certaine valeur, la soupape de sécurité s'ouvrira automatiquement pour garantir la sécurité de la batterie lipo 5s.
Voici quelques exemples de la conception de sécurité de la structure de la cellule :
a) Rapport capacité positive et négative et taille de conception
Choisissez le rapport capacité positive/négative approprié selon les caractéristiques des matériaux positifs et négatifs. Le rapport de capacité positive et négative de la batterie est un lien important lié à la sécurité de la batterie lipo 5s. Si la capacité positive est trop grande, du lithium métallique apparaîtra à la surface de l'électrode négative. Si l'électrode négative est trop grande, la capacité de la batterie sera fortement réduite. En général, N/P=1,05～1,15, et faites un choix approprié selon la capacité réelle de la batterie et les exigences de sécurité. Concevez des pièces grandes et petites de sorte que la position de la pâte de l'électrode négative (matériau actif) couvre (soit plus grande que) la position de la pâte de l'électrode positive. En général, la largeur doit être plus grande de 1 à 5 mm et la longueur de 5 à 10 mm.
b) Il y a une marge pour la largeur du diaphragme
Le principe général de la conception de la largeur du diaphragme est d'empêcher les plaques positives et négatives de se toucher directement et de provoquer un court-circuit interne. En raison du processus de charge et de décharge de la batterie lipo 5s et de l'environnement de choc thermique, le retrait thermique du diaphragme provoque une déformation du diaphragme dans les directions de la longueur et de la largeur. La zone pliée du diaphragme augmente la polarisation en raison de l'augmentation de la distance entre les électrodes positive et négative ; la zone étirée du diaphragme augmente la possibilité de micro-court-circuit en raison de l'amincissement du diaphragme ; le retrait de la zone de bord du diaphragme peut provoquer un court-circuit interne positif et négatif dû au contact direct, ce qui rendra la batterie dangereuse en raison d'une défaillance thermique. Par conséquent, lors de la conception de la batterie lipo 5s, les caractéristiques de retrait du séparateur doivent être prises en compte dans l'utilisation de la zone et de la largeur, et le séparateur doit être plus grand que l'anode et la cathode. En tenant compte de l'erreur de processus, le film isolant doit être au moins 0,1 mm plus long que le bord extérieur de la pièce de pôle.
c) Traitement d'isolation
Le court-circuit interne est un facteur important pour que la batterie lipo 5s présente des risques potentiels de sécurité. Il existe de nombreuses parties potentiellement dangereuses qui causent un court-circuit interne dans la conception structurelle de la cellule de la batterie. Par conséquent, des mesures nécessaires ou une isolation doivent être mises en place à ces positions clés pour prévenir les conditions anormales. En cas de court-circuit dans la batterie, par exemple : maintenir la distance nécessaire entre les oreilles positives et négatives de la batterie lipo 5s ; placer du ruban isolant au milieu du côté unique sans pâte à l'extrémité, et couvrir toutes les parties exposées ; coller une isolation entre la feuille d'aluminium positive et le matériau actif négatif ; utiliser du ruban isolant pour couvrir toutes les parties soudées des languettes ; utiliser du ruban isolant sur le dessus de la cellule.
d) Installer une soupape de sécurité (dispositif de décharge de pression)
Le danger des batteries lipo 5s est souvent causé par une explosion ou un incendie dû à une température ou une pression interne excessive ; un dispositif de décharge de pression raisonnable peut être installé pour libérer rapidement la pression et la chaleur à l'intérieur de la batterie en cas de danger, réduisant ainsi le risque d'explosion. Les exigences d'un dispositif de décharge de pression raisonnable doivent non seulement supporter la pression interne des batteries lipo 5s en fonctionnement normal, mais aussi s'ouvrir automatiquement pour soulager la pression lorsque la pression interne atteint la limite dangereuse. L'emplacement du dispositif de décharge de pression doit prendre en compte les caractéristiques de déformation résultant de l'augmentation de la pression interne du boîtier de la batterie ; la conception de la soupape de sécurité peut être réalisée par des moyens tels que des lamelles, des bords, des coutures et des entailles, etc.
3 Améliorer le niveau de savoir-faire
Des efforts sont faits pour normaliser et standardiser le processus de production des cellules de batterie lipo 5s. Lors des étapes de mélange, de revêtement, de cuisson, de compactage, de découpe et d'enroulement, établir des normes (comme la largeur du diaphragme, le volume d'injection d'électrolyte, etc.), et améliorer les méthodes de processus (comme la méthode d'injection à basse pression, la méthode centrifuge pour la coque, etc.), assurer un bon contrôle du processus, garantir la qualité du processus et réduire les différences entre les produits ; mettre en place des étapes spéciales dans les étapes clés ayant un impact sur la sécurité (comme l'ébavurage, le balayage de poudre, et des soudures différentes selon les matériaux), appliquer une surveillance qualité standardisée, éliminer les pièces défectueuses des batteries lipo 5s, et exclure les produits défectueux (comme la déformation des pôles, la perforation du diaphragme, le décollement du matériau actif et les fuites d'électrolyte, etc.) ; maintenir le site de production propre et ordonné, appliquer la gestion 5S et le contrôle qualité 6-sigma pour éviter que des impuretés et l'humidité ne se mélangent à la production et minimiser l'impact des situations imprévues dans la production des batteries lipo 5s sur la sécurité.
Ce qui précède est l'intégralité du contenu des problèmes de sécurité des batteries lipo 5s présenté par CNHL, une entreprise professionnelle de batteries au lithium, dans l'espoir de vous aider à comprendre les raisons des problèmes de sécurité des batteries lipo 5s et à prendre des mesures correspondantes pour améliorer la sécurité des batteries au lithium.

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