[Tørre varer] lipo-batteri 5s fare og sikkerhetsteknologi

I dag vil litiumbatteriprodusenten CNHL introdusere faren ved lipo batteri 5s og dets sikkerhetsteknologi. Artikkelen vil analysere kilden til faren ved lipo batteri 5s og gi relevante teknologier for å sikre sikkerheten til lipo batteri 5s-produkter.
Når det gjelder sikkerheten til litiumbatterier, introduserte jeg det også i forrige artikkel cnhl 6s lipo battery safety problems and preventive measures. Interessert partnere kan klikke for å se.

Faren ved lipo batteri 5s

Ut fra sine egne kjemiske egenskaper og systemkomposisjon, fastslår lipo batteri 5s at det er en potensielt farlig kjemisk strømkilde.
1 Høy kjemisk aktivitet
Litium er et grunnstoff i hovedgruppe I i den andre perioden i periodesystemet og har ekstremt aktive kjemiske egenskaper.
2 Høy energitetthet 
Den spesifikke energien til lipo batteri 5s er ekstremt høy (≥140 Wh/kg), flere ganger høyere enn nikkel-kadmium, nikkel-metallhydrid og andre sekundærbatterier. Hvis termisk løpsk reaksjon oppstår, vil det frigjøre mye varme og lett føre til usikre hendelser.
3 Bruk av organisk elektrolyttsystem
Det organiske løsemiddelet i det organiske elektrolyttsystemet er hydrokarbon, som har lav nedbrytningsspenning og lett oksideres, og løsemiddelet er brennbart; hvis det oppstår lekkasje, kan det føre til at lipo batteri 5s tar fyr, eller til og med brenner og eksploderer.
4 Høy sannsynlighet for side reaksjoner
I normal bruk gjennomgår lipo batteri 5s en kjemisk positiv reaksjon der elektrisk energi og kjemisk energi omdannes til hverandre. Men under visse forhold, som overlading og overutlading eller overstrømsarbeid, er det lett å forårsake kjemiske side reaksjoner inne i lipo batteri 5s; etter at side reaksjonen forsterkes, vil det alvorlig påvirke ytelsen og levetiden til lipo batteri 5s, og kan generere store mengder gass, noe som får trykket inne i lipo batteri 5s til å øke raskt og deretter eksplodere og ta fyr, noe som forårsaker sikkerhetsproblemer.
5 Strukturell ustabilitet i elektrode-materialer
5s-overladingsreaksjonen i lipo-batteriet vil endre strukturen til det positive elektrode-materialet og gjøre materialet sterkt oksiderende, noe som får løsemiddelet i elektrolytten til å oksidere kraftig; og denne effekten er irreversibel, og varmen som forårsakes av reaksjonen vil hope seg opp hvis den akkumuleres. Det er fare for termisk løpsk reaksjon.

Analyse av sikkerhetsproblemer for lipo batteri 5s-produkter

Etter 30 år med industriell utvikling har lipo batteri 5s-produkter gjort store fremskritt innen sikkerhetsteknologi, og effektivt kontrollert forekomsten av side reaksjoner i batteriet og sikret batteriets sikkerhet. Men med økt bruk av lipo batteri 5s og økende energitetthet, har det de siste årene ofte forekommet hendelser som eksplosjoner, skader eller produkt tilbakekallinger på grunn av sikkerhetsrisikoer. Vi konkluderer med at hovedårsakene til sikkerhetsproblemene med lipo batteri 5s-produkter er som følger:

1 lipo batteri 5s batterikjernematerialproblem

Materialene som brukes i batteriet inkluderer: lipo batteri 5s positivt aktivt materiale, negativt aktivt materiale, separator, elektrolytt og skall, osv. Valg av materialer og sammensetningen av systemet bestemmer batteriets sikkerhetsytelse. Når man velger lipo batteri 5s positive og negative aktive materialer og membranmaterialer, gjennomførte ikke produsenten en viss vurdering av egenskapene og samsvaret til råmaterialene, noe som resulterte i en medfødt mangel på celle-sikkerhet.

2 lipo batteri 5s produksjonsprosessproblemer

Råmaterialene til battericellene testes ikke strengt og produksjonsmiljøet er dårlig, noe som resulterer i urenheter blandet inn i produksjonen, noe som ikke bare har stor negativ effekt på batteriets kapasitet, men også har stor innvirkning på batteriets sikkerhet;
I tillegg, hvis for mye vann blandes inn i elektrolytten til lipo batteri 5s, kan side reaksjoner oppstå og det indre trykket i batteriet kan øke, noe som vil påvirke sikkerheten;
På grunn av begrensningen i produksjonsteknologinivået, kan ikke produktet oppnå god konsistens i produksjonsprosessen av lipo batteri 5s-cellen, som for eksempel dårlig flathet på elektrodeunderlaget, avskalling av elektrodeaktivt materiale, blanding av andre urenheter i det aktive materialet, dårlig sveising av flikene, ustabil sveisetemperatur, grader på kanten av polstykket, og ingen isolasjonstape på viktige deler kan negativt påvirke sikkerheten til lipo batteri 5s-celler.

3 lipo batteri 5s battericelledesignfeil, redusert sikkerhetsytelse

Når det gjelder strukturell design, har mange viktige punkter som påvirker sikkerheten ikke blitt tatt hensyn til av produsentene. For eksempel finnes det ikke isolasjonstape på viktige deler, det er ingen margin eller utilstrekkelig margin i membranens design, og kapasitetsforholdet mellom positive og negative elektroder i lipo batteri 5s (Hva er kapasiteten til 11,1v lipo batteri?) er urimelig designet, urimelig design av arealforholdet mellom positive og negative aktive materialer, urimelig design av lengden på flikene, osv., disse kan skjule farer for sikkerheten til lipo batteri 5s. I tillegg, i produksjonsprosessen av battericeller, for å spare kostnader og forbedre ytelsen, prøver noen battericelleprodusenter å spare og komprimere råmaterialer, som å redusere arealet av membraner, tynne kobberfolie, aluminiumsfolie, og ikke bruke trykkavlastningsventiler og isolasjonstape, osv., noe som vil redusere batteriets sikkerhet.

4 lipo batteri 5s energitetthet er for høy

For øyeblikket jakter markedet på batteriprodukter med høyere kapasitet. For å øke konkurranseevnen til produktene, fortsetter produsentene å forbedre volumspesifikk energi for lipo batteri 5s, noe som i stor grad øker faren ved batteriene.

Lipo batteri 5s sikkerhetsteknologi

Selv om lipo batteri 5s har mange skjulte farer, kan forekomsten av side- og voldelige reaksjoner i batteriet effektivt kontrolleres under spesifikke bruksforhold og ved å ta visse tiltak for å sikre trygg bruk. Følgende er en kort introduksjon til flere vanlige sikkerhetsteknologier for lipo batteri 5s.

1 Bruk lipo batteri 5s råmaterialer med høyere sikkerhetsfaktor:

Bruk lipo batteri 5s positive og negative aktive materialer, membranmaterialer og elektrolytter med høyere sikkerhetsfaktor.
Om de positive og negative aktive materialene, membranmaterialene og elektrolyttene til lipo batteri, har følgende artikkel en detaljert introduksjon. Interessert partnere kan klikke for å se:
Fire viktige materialer for lipo-batteri 3s tørre varer!
a) Valg av positiv elektrode materiale for lipo batteri 5s
Sikkerheten til katodematerialer baseres hovedsakelig på følgende tre aspekter:
1 Termodynamisk stabilitet til materialet;
2 den kjemiske stabiliteten til materialet;
3 Fysiske egenskaper til materialet.
b) Valg av membranmateriale for lipo batteri 5s

Hovedfunksjonen til separatoren er å skille de positive og negative elektrodene i batteriet, for å forhindre at de positive og negative elektrodene kommer i kontakt og kortslutter, og samtidig har den evnen til å slippe gjennom elektrolyttioner, det vil si elektronisk isolasjon og ionisk ledningsevne. Når man velger en membran for lipo batteri 5s, bør man være oppmerksom på følgende punkter:
1 Den har elektronisk isolasjon for å sikre mekanisk isolasjon av positive og negative elektroder;
2 har en viss pore størrelse og porøsitet for å sikre lav motstand og høy ionisk ledningsevne;
3 Membranmaterialet har tilstrekkelig kjemisk stabilitet og må være motstandsdyktig mot elektrolyttkorrosjon;
4 Membranen må ha funksjonen automatisk avstengningsbeskyttelse;
5 Termisk krymping og deformasjonsevne til membranen bør være så liten som mulig;
6 Membranen bør ha en viss tykkelse;
7 Membranen bør ha sterk fysisk styrke og tilstrekkelig punkteringsmotstand.
c) Valg av elektrolytt for lipo-batteri 5s
Elektrolytten er en viktig del av lipo-batteriet 5s, som spiller rollen med å transportere og lede strøm mellom den positive og negative elektroden i batteriet. Elektrolytten som brukes i lipo-batteriet 5s er en elektrolyttoppløsning dannet ved å løse opp et passende litiumsalt i et organisk aprotisk blandet løsemiddel. Den bør generelt oppfylle følgende krav:
1 God kjemisk stabilitet, ingen kjemisk reaksjon med elektrodeaktivt materiale, strømoppsamler og membran;
2. God elektrokjemisk stabilitet og bredt elektrokjemisk vindu;
3 Litiumionledningen er høy, elektronledningen er lav;
4 Bred væsketemperaturområde;
5 Sikker, ikke-giftig og miljøvennlig.

2 Styrk den overordnede sikkerhetsdesignen av lipo batteri 5s celler:

Battericellen er leddet som kombinerer ulike stoffer i batteriet. Det er integrasjonen av den positive elektroden, negative elektroden, membranen, fanen og emballasjefilmen til lipo-batteriet 5s. Den strukturelle utformingen av battericellen påvirker ikke bare ytelsen til de ulike materialene, men påvirker også den samlede elektrokjemiske ytelsen og sikkerhetsytelsen til lipo-batteriet 5s. Valg av materialer og design av cellestrukturen er nettopp forholdet mellom del og helhet. I designet av cellen bør en rimelig strukturell modell utformes i kombinasjon med materialegenskapene.
I tillegg kan noen ekstra beskyttelsesenheter også vurderes på strukturen til lipo-batteriet 5s. Vanlige beskyttelsesmekanismedesign er som følger:
1 Bruk av bryteelementer, når temperaturen på lipo-batteriet stiger innen 5s, vil motstanden øke, og når temperaturen blir for høy, vil det automatisk stoppe strømtilførselen;
2 Sett sikkerhetsventilen (det vil si ventilhullet på toppen av lipo-batteriet 5s). Når det indre trykket i batteriet stiger til en viss verdi, vil sikkerhetsventilen automatisk åpne for å sikre sikkerheten til lipo-batteriet 5s.
Følgende er noen eksempler på sikkerhetsdesignet til cellestrukturen:
a) Forhold mellom positiv og negativ kapasitet og designstørrelse
Velg passende forhold mellom positiv og negativ kapasitet i henhold til egenskapene til de positive og negative materialene. Forholdet mellom positiv og negativ kapasitet i batteriet er en viktig faktor knyttet til sikkerheten til lipo-batteri 5s. Hvis den positive kapasiteten er for stor, vil metallisk litium vises på overflaten av den negative elektroden. Hvis den negative elektroden er for stor, vil batteriets kapasitet bli betydelig redusert. Generelt er N/P=1,05～1,15, og man bør gjøre et passende valg basert på faktisk batterikapasitet og sikkerhetskrav. Design store og små deler slik at posisjonen til den negative elektrodepastaen (aktivt materiale) dekker (er større enn) posisjonen til den positive elektrodepastaen. Generelt bør bredden være 1-5 mm større og lengden 5-10 mm større.
b) Det er en margin for membranens bredde
Det generelle prinsippet for design av membranens bredde er å forhindre at de positive og negative platene kommer i direkte kontakt og forårsaker intern kortslutning. På grunn av lipo batteri 5s under lading og utlading og i miljø med termisk sjokk, forårsaker termisk krymping av membranen at membranen deformeres i lengde- og bredderetning. 

Det foldede området av membranen øker polariseringen på grunn av økt avstand mellom positive og negative elektroder; det utstrakte området av membranen øker muligheten for mikro-kortslutning på grunn av tynning av membranen; krymping av kantområdet på membranen kan forårsake intern kortslutning mellom positive og negative elektroder på grunn av direkte kontakt, noe som vil gjøre batteriet farlig på grunn av termisk løpsk.

Derfor, når man designer lipo batteri 5s, må krympingsegenskapene til separatoren tas i betraktning ved bruk av området og bredden, og separatoren må være større enn anoden og katoden. Med tanke på prosessfeil må isolasjonsfilmen være minst 0,1 mm lengre enn ytterkanten av polstykket.
c) Isolasjonsbehandling
Intern kortslutning er en viktig faktor for at lipo-batteri 5s kan ha potensielle sikkerhetsrisikoer. Det finnes mange potensielt farlige deler som forårsaker intern kortslutning i den strukturelle utformingen av battericellen. Derfor bør nødvendige tiltak eller isolasjon settes på disse nøkkelposisjonene for å forhindre unormale forhold. Ved en kortslutning i batteriet, for eksempel: oppretthold nødvendig avstand mellom de positive og negative ørene på lipo-batteri 5s; plasser isolasjonstape midt på den ene siden uten lim i enden, og dekk alle eksponerte deler; fest isolasjon mellom den positive aluminiumsfolien og det negative aktive materialet; bruk isolasjonstape for å dekke alle sveisedelene på flikene; bruk isolasjonstape på toppen av cellen.

d) Sett sikkerhetsventil (trykkavlastningsanordning)
Faren ved lipo-batteri 5s skyldes ofte en eksplosjon eller brann på grunn av for høy intern temperatur eller trykk; en rimelig trykkavlastningsanordning kan settes opp for raskt å slippe ut trykket og varmen inne i batteriet når fare oppstår, noe som reduserer eksplosjonsrisikoen. Kravene til en rimelig trykkavlastningsanordning kan ikke bare møte det interne trykket i lipo-batteri 5s under normal drift, men også automatisk åpne for å lindre trykket når det interne trykket når den farlige grensen. Plasseringen av trykkavlastningsanordningen må ta hensyn til økningen i det interne trykket i batterikassen og de resulterende deformasjonsegenskapene; utformingen av sikkerhetsventilen kan oppnås ved hjelp av lameller, kanter, sømmer og hakk osv.

3 Forbedre håndverksnivået:

Selv om lipo batteri 5s har mange skjulte farer, kan forekomsten av side- og voldelige reaksjoner i batteriet effektivt kontrolleres under spesifikke bruksforhold og ved å ta visse tiltak for å sikre trygg bruk. Følgende er en kort introduksjon til flere vanlige sikkerhetsteknologier for lipo batteri 5s.
1 Bruk lipo batteri 5s råmaterialer med høyere sikkerhetsfaktor
Bruk lipo batteri 5s positive og negative aktive materialer, membranmaterialer og elektrolytter med høyere sikkerhetsfaktor.
a) Valg av positiv elektrode materiale for lipo batteri 5s
Sikkerheten til katodematerialer baseres hovedsakelig på følgende tre aspekter:
1 Termodynamisk stabilitet til materialet;
2 den kjemiske stabiliteten til materialet;
3 Fysiske egenskaper til materialet.
b) Valg av membranmateriale for lipo batteri 5s
Hovedfunksjonen til separatoren er å skille de positive og negative elektrodene i batteriet, for å forhindre at de positive og negative elektrodene kommer i kontakt og kortslutter, og samtidig har den evnen til å slippe gjennom elektrolyttioner, det vil si elektronisk isolasjon og ionisk ledningsevne. Når man velger en membran for lipo batteri 5s, bør man være oppmerksom på følgende punkter:
1 Den har elektronisk isolasjon for å sikre mekanisk isolasjon av positive og negative elektroder;
2 har en viss pore størrelse og porøsitet for å sikre lav motstand og høy ionisk ledningsevne;
3 Membranmaterialet har tilstrekkelig kjemisk stabilitet og må være motstandsdyktig mot elektrolyttkorrosjon;
4 Membranen må ha funksjonen automatisk avstengningsbeskyttelse;
5 Termisk krymping og deformasjonsevne til membranen bør være så liten som mulig;
6 Membranen bør ha en viss tykkelse;
7 Membranen bør ha sterk fysisk styrke og tilstrekkelig punkteringsmotstand.
c) Valg av elektrolytt for lipo-batteri 5s
Elektrolytten er en viktig del av lipo-batteriet 5s, som spiller rollen med å transportere og lede strøm mellom den positive og negative elektroden i batteriet. Elektrolytten som brukes i lipo-batteriet 5s er en elektrolyttoppløsning dannet ved å løse opp et passende litiumsalt i et organisk aprotisk blandet løsemiddel. Den bør generelt oppfylle følgende krav:
1 God kjemisk stabilitet, ingen kjemisk reaksjon med elektrodeaktivt materiale, strømoppsamler og membran;
2. God elektrokjemisk stabilitet og bredt elektrokjemisk vindu;
3 Litiumionledningen er høy, elektronledningen er lav;
4 Bred væsketemperaturområde;
5 Sikker, ikke-giftig og miljøvennlig.
2 Styrk den overordnede sikkerhetsdesignen av lipo-battericeller 5s
Battericellen er leddet som kombinerer ulike stoffer i batteriet. Det er integrasjonen av den positive elektroden, negative elektroden, membranen, fanen og emballasjefilmen til lipo-batteriet 5s. Den strukturelle utformingen av battericellen påvirker ikke bare ytelsen til de ulike materialene, men påvirker også den samlede elektrokjemiske ytelsen og sikkerhetsytelsen til lipo-batteriet 5s. Valg av materialer og design av cellestrukturen er nettopp forholdet mellom del og helhet. I designet av cellen bør en rimelig strukturell modell utformes i kombinasjon med materialegenskapene.

I tillegg kan noen ekstra beskyttelsesenheter også vurderes på strukturen til lipo-batteriet 5s. Vanlige beskyttelsesmekanismedesign er som følger:
1 Bruk av bryteelementer, når temperaturen på lipo-batteriet stiger innen 5s, vil motstanden øke, og når temperaturen blir for høy, vil det automatisk stoppe strømtilførselen;
2 Sett sikkerhetsventilen (det vil si ventilhullet på toppen av lipo-batteriet 5s). Når det indre trykket i batteriet stiger til en viss verdi, vil sikkerhetsventilen automatisk åpne for å sikre sikkerheten til lipo-batteriet 5s.
Følgende er noen eksempler på sikkerhetsdesignet til cellestrukturen:
a) Forhold mellom positiv og negativ kapasitet og designstørrelse
Velg passende forhold mellom positiv og negativ kapasitet i henhold til egenskapene til de positive og negative materialene. Forholdet mellom positiv og negativ kapasitet i batteriet er en viktig faktor knyttet til sikkerheten til lipo-batteri 5s. Hvis den positive kapasiteten er for stor, vil metallisk litium vises på overflaten av den negative elektroden. Hvis den negative elektroden er for stor, vil batteriets kapasitet bli betydelig redusert. Generelt er N/P=1,05～1,15, og man bør gjøre et passende valg basert på faktisk batterikapasitet og sikkerhetskrav. Design store og små deler slik at posisjonen til den negative elektrodepastaen (aktivt materiale) dekker (er større enn) posisjonen til den positive elektrodepastaen. Generelt bør bredden være 1-5 mm større og lengden 5-10 mm større.
b) Det er en margin for membranens bredde
Det generelle prinsippet for design av membranens bredde er å forhindre at de positive og negative platene kommer i direkte kontakt og forårsaker intern kortslutning. På grunn av at lipo-batteri 5s under lading og utlading og i miljø med termisk sjokk, forårsaker den termiske krympingen av membranen at membranen deformeres i lengde- og bredderetningene, øker det brettede området av membranen polariseringen på grunn av økt avstand mellom positive og negative elektroder; det strukne området av membranen øker muligheten for mikrokortslutning på grunn av tynning av membranen; krympingen av kantområdet på membranen kan føre til at positive og negative interne kortslutninger oppstår på grunn av direkte kontakt, noe som vil gjøre batteriet farlig på grunn av termisk løpsk. Derfor, når man designer lipo-batteri 5s, må krympeegenskapene til separatoren vurderes i bruken av området og bredden, og separatoren må være større enn anoden og katoden. Med tanke på prosessfeil må isolasjonsfilmen være minst 0,1 mm lengre enn ytterkanten av polstykket.
c) Isolasjonsbehandling
Intern kortslutning er en viktig faktor for at lipo-batteri 5s kan ha potensielle sikkerhetsrisikoer. Det finnes mange potensielt farlige deler som forårsaker intern kortslutning i den strukturelle utformingen av battericellen. Derfor bør nødvendige tiltak eller isolasjon settes på disse nøkkelposisjonene for å forhindre unormale forhold. Ved en kortslutning i batteriet, for eksempel: oppretthold nødvendig avstand mellom de positive og negative ørene på lipo-batteri 5s; plasser isolasjonstape midt på den ene siden uten lim i enden, og dekk alle eksponerte deler; fest isolasjon mellom den positive aluminiumsfolien og det negative aktive materialet; bruk isolasjonstape for å dekke alle sveisedelene på flikene; bruk isolasjonstape på toppen av cellen.
d) Sett sikkerhetsventil (trykkavlastningsanordning)
Faren ved lipo-batteri 5s skyldes ofte en eksplosjon eller brann på grunn av for høy intern temperatur eller trykk; en rimelig trykkavlastningsanordning kan settes opp for raskt å slippe ut trykket og varmen inne i batteriet når fare oppstår, noe som reduserer eksplosjonsrisikoen. Kravene til en rimelig trykkavlastningsanordning kan ikke bare møte det interne trykket i lipo-batteri 5s under normal drift, men også automatisk åpne for å lindre trykket når det interne trykket når den farlige grensen. Plasseringen av trykkavlastningsanordningen må ta hensyn til økningen i det interne trykket i batterikassen og de resulterende deformasjonsegenskapene; utformingen av sikkerhetsventilen kan oppnås ved hjelp av lameller, kanter, sømmer og hakk osv.
3 Forbedre håndverksnivået
Det gjøres en innsats for å standardisere produksjonsprosessen for lipo-batteri 5s-celler. I trinnene med blanding, belegg, baking, komprimering, splitting og vikling, utarbeides standardisering (som membranbredde, elektrolyttinjeksjonsvolum osv.), og prosessmetoder forbedres (som lavtrykksinjeksjonsmetode, sentrifugal skallmetode osv.), for å sikre god prosesskontroll, sikre prosesskvalitet og redusere forskjellen mellom produkter; det settes opp spesielle trinn i nøkkeltrinn som påvirker sikkerheten (som avgradning, pulverfeiing og ulik sveising for forskjellige materialer). metoder osv.), implementere standardisert kvalitetskontroll, eliminere defekte deler i lipo-batteri 5s og utelukke defekte produkter (som polstykke-deformasjon, membranpunktering, aktiv materialavskalling og elektrolyttlekkasje osv.); holde produksjonsstedet ryddig og rent, implementere 5S-ledelse og 6-sigma kvalitetskontroll for å forhindre at urenheter og fuktighet blandes inn i produksjonen og minimere virkningen av uventede situasjoner i produksjonen av lipo-batteri 5s på sikkerheten.
Ovenstående er hele innholdet om sikkerhetsproblemene til lipo-batteri 5s, presentert av CNHL, et profesjonelt litiumbatteriselskap i dag, med håp om å hjelpe deg å forstå årsakene til sikkerhetsproblemene med lipo-batteri 5s og ta tilsvarende tiltak for å forbedre sikkerheten til litiumbatterier.

Mer informasjon om litiumbatterier kan finnes nedenfor:
Hvor mye vet du om firkantede 6s 22.2v lipo-batterier?

Hvor trygge er lipo-batterier?