[Dry goods] bateria lipo 5s perigo e tecnologia de segurança

Hoje, o fabricante de baterias de lítio CNHL irá apresentar o perigo da bateria lipo 5s e a sua tecnologia de segurança. O artigo irá analisar a origem do perigo da bateria lipo 5s e fornecer tecnologias relevantes para garantir a segurança dos produtos de bateria lipo 5s.
Relativamente à segurança das baterias de lítio, também a introduzi no artigo anterior problemas de segurança da bateria cnhl 6s lipo e medidas preventivas. Parceiros interessados podem clicar para ver.

O perigo da bateria lipo 5s

Pelas suas próprias características químicas e composição do sistema, a bateria lipo 5s determina que é uma fonte de energia química potencialmente perigosa.
1 Alta atividade química
O lítio é um elemento do grupo principal I do segundo período da tabela periódica e possui propriedades químicas extremamente ativas.
2 Alta densidade energética
A energia específica da bateria lipo 5s é extremamente alta (≥140 Wh/kg), várias vezes superior à das baterias secundárias de níquel-cádmio, níquel-hidreto metálico e outras. Se ocorrer uma reação de fuga térmica, será liberado calor elevado e facilmente levará a comportamentos inseguros.
3 Uso de um sistema de eletrólito orgânico
O solvente orgânico do sistema de eletrólito orgânico é hidrocarboneto, que tem baixa voltagem de decomposição e é propenso à oxidação, e o solvente é inflamável; se houver vazamento, pode causar incêndio na bateria lipo 5s, ou até queimar e explodir.
4 Alta probabilidade de reações secundárias
No processo de uso normal, a bateria lipo 5s sofre uma reação química positiva em que a energia elétrica e a energia química se convertem mutuamente. Mas sob certas condições, como sobrecarga e descarga excessiva ou funcionamento com sobrecorrente, é fácil ocorrer reações químicas secundárias dentro da bateria lipo 5s; após a intensificação da reação secundária, isso afetará gravemente o desempenho e a vida útil da bateria lipo 5s, podendo gerar uma grande quantidade de gás, causando um aumento rápido da pressão dentro da bateria lipo 5s e, em seguida, explosão e incêndio, provocando problemas de segurança.
5 Instabilidade estrutural dos materiais do eletrodo
A reação de sobrecarga 5s da bateria lipo altera a estrutura do material do eletrodo positivo e faz com que o material tenha um forte efeito oxidante, fazendo com que o solvente no eletrólito oxide fortemente; e este efeito é irreversível, e o calor causado pela reação acumula-se se não for dissipado. Existe o perigo de fuga térmica.

Análise dos problemas de segurança dos produtos de bateria lipo 5s

Após 30 anos de desenvolvimento industrial, os produtos de bateria lipo 5s fizeram grandes progressos na tecnologia de segurança, controlando eficazmente a ocorrência de reações secundárias na bateria e garantindo a segurança da mesma. No entanto, com o aumento do uso da bateria lipo 5s e a crescente densidade energética, nos últimos anos têm ocorrido frequentemente incidentes como explosões, ferimentos ou recalls de produtos devido a riscos de segurança. Concluímos que as principais razões para os problemas de segurança dos produtos de bateria lipo 5s são as seguintes:

1 problema no material do núcleo da bateria lipo 5s

Os materiais usados na bateria incluem: material ativo positivo da bateria lipo 5s, material ativo negativo, separador, eletrólito e invólucro, entre outros. A seleção dos materiais e a combinação do sistema composto determinam o desempenho de segurança da bateria. Ao escolher os materiais ativos positivo e negativo da bateria lipo 5s e os materiais do diafragma, o fabricante não realizou uma avaliação adequada das características e da compatibilidade das matérias-primas, resultando numa deficiência congénita na segurança da célula.

2 problemas no processo de produção da bateria lipo 5s

As matérias-primas das células da bateria não são testadas rigorosamente e o ambiente de produção é pobre, resultando na mistura de impurezas durante a produção, o que não só tem um grande efeito adverso na capacidade da bateria, mas também impacta significativamente a segurança da bateria;
Além disso, se for misturada demasiada água no eletrólito da bateria lipo 5s, podem ocorrer reações secundárias e a pressão interna da bateria pode aumentar, o que afetará a segurança;
Devido à limitação do nível tecnológico de produção, no processo de fabricação da célula da bateria lipo 5s, o produto não consegue alcançar boa consistência, como má planicidade do substrato do eletrodo, desprendimento do material ativo do eletrodo, mistura de outras impurezas no material ativo, soldagem fraca das abas, temperatura de soldagem instável, rebarbas na borda da peça do pólo, e ausência de fita isolante em partes essenciais, o que pode afetar negativamente a segurança das células da bateria lipo 5s.

3 defeitos no design da célula da bateria lipo 5s, redução do desempenho de segurança

Em termos de design estrutural, muitos pontos-chave que impactam a segurança não têm sido devidamente considerados pelos fabricantes. Por exemplo, não existe fita isolante em partes essenciais, não há margem ou a margem é insuficiente no design do diafragma, e a proporção de capacidade dos eletrodos positivo e negativo da bateria lipo 5s (Qual é a capacidade da bateria lipo 11.1v?) apresenta um design irracional, design irracional da proporção da área dos materiais ativos positivo e negativo, design irracional do comprimento das abas, etc., o que pode ocultar perigos para a segurança da bateria lipo 5s. Além disso, no processo de produção das células da bateria, para economizar custos e melhorar o desempenho, alguns fabricantes tentam poupar e comprimir matérias-primas, como reduzir a área dos diafragmas, afinar a folha de cobre, folha de alumínio, e não usar válvulas de alívio de pressão e fitas isolantes, etc., o que reduz a segurança da bateria.

4 a densidade de energia da bateria lipo 5s é demasiado alta

Atualmente, o mercado procura produtos de bateria com maior capacidade. Para aumentar a competitividade dos produtos, os fabricantes continuam a melhorar a energia específica volumétrica da bateria lipo 5s, o que aumenta significativamente o perigo das baterias.

Tecnologia de segurança da bateria lipo 5s

Embora a bateria lipo 5s tenha muitos perigos ocultos, sob condições específicas de uso e tomando certas medidas, a ocorrência de reações secundárias e reações violentas na bateria pode ser controlada eficazmente para garantir o seu uso seguro. A seguir, uma breve introdução a várias tecnologias de segurança comumente usadas para a bateria lipo 5s.

1 Utilize matérias-primas da bateria lipo 5s com fator de segurança mais elevado:

Utilize materiais ativos positivos e negativos da bateria lipo 5s, materiais da membrana e electrólitos com um fator de segurança mais elevado.
Sobre os materiais ativos positivos e negativos, materiais da membrana e electrólitos da bateria lipo, o artigo seguinte tem uma introdução detalhada. Parceiros interessados podem clicar para ver:
Quatro materiais chave para bateria lipo 3s, conteúdo essencial!
a) Seleção do material do eléctrodo positivo para bateria lipo 5s
A segurança dos materiais do cátodo baseia-se principalmente nos seguintes três aspetos:
1 Estabilidade termodinâmica do material;
2 A estabilidade química do material;
3 Propriedades físicas do material.
b) Seleção do material da membrana para bateria lipo 5s

A função principal do separador é separar os eléctrodos positivo e negativo da bateria, para evitar que os eléctrodos positivo e negativo entrem em contacto e provoquem curto-circuito, e ao mesmo tempo, tem a capacidade de permitir a passagem de iões do electrólito, ou seja, isolamento electrónico e condutividade iónica. Ao escolher uma membrana para bateria lipo 5s, deve prestar atenção aos seguintes pontos:
Tem isolamento electrónico para garantir o isolamento mecânico dos eléctrodos positivo e negativo;
2 Tem um certo tamanho de poro e porosidade para garantir baixa resistência e alta condutividade iónica;
3 O material do diafragma tem estabilidade química suficiente e deve ser resistente à corrosão do eletrólito;
4 O diafragma deve ter a função de proteção de desligamento automático;
5 A retração térmica e a deformabilidade do diafragma devem ser o mais pequenas possível;
6 O diafragma deve ter uma certa espessura;
7 O diafragma deve ter resistência física forte e resistência suficiente à perfuração.
c) Escolha do eletrólito da bateria lipo 5s
O eletrólito é uma parte importante da bateria lipo 5s, que desempenha o papel de transportar e conduzir corrente entre os eletrodos positivo e negativo da bateria. O eletrólito usado na bateria lipo 5s é uma solução eletrolítica formada pela dissolução de um sal de lítio adequado num solvente misto orgânico aprótico. Geralmente deve cumprir os seguintes requisitos:
1 Boa estabilidade química, sem reação química com o material ativo do eletrodo, coletor de corrente e diafragma;
2 Boa estabilidade eletroquímica e ampla janela eletroquímica;
3 A condutividade do ião de lítio é alta, a condutividade eletrónica é baixa;
4 Ampla faixa de temperatura do líquido;
5 Seguro, não tóxico e amigo do ambiente.

2 Reforçar o design geral de segurança das células da bateria lipo 5s:

A célula da bateria é o elo que combina várias substâncias da bateria. É a integração do eletrodo positivo, eletrodo negativo, diafragma, aba e película de embalagem da bateria lipo 5s. O design estrutural da célula da bateria não só afeta o desempenho de vários materiais, mas também afeta o desempenho eletroquímico geral e o desempenho de segurança da bateria lipo 5s, tendo um impacto importante. A seleção de materiais e o design da estrutura da célula são exatamente a relação entre a parte e o todo. No design da célula, deve ser formulado um modelo estrutural razoável em combinação com as propriedades do material.
Além disso, alguns dispositivos de proteção adicionais também podem ser considerados na estrutura da bateria lipo 5s. Os designs comuns de mecanismos de proteção são os seguintes:
1 Usando elementos de comutação, quando a temperatura da bateria lipo subir dentro de 5s, a sua resistência aumentará, e quando a temperatura estiver demasiado alta, a alimentação será automaticamente interrompida;
2 Defina a válvula de segurança (ou seja, o orifício de ventilação no topo da bateria lipo 5s). Quando a pressão interna da bateria atingir um determinado valor, a válvula de segurança abrirá automaticamente para garantir a segurança da bateria lipo 5s.
A seguir estão alguns exemplos do design de segurança da estrutura da célula:
a) Proporção de capacidade positiva e negativa e tamanho do design
Escolha a proporção adequada de capacidade positiva e negativa de acordo com as características dos materiais positivo e negativo. A proporção da capacidade positiva e negativa da bateria é um elo importante relacionado à segurança da bateria lipo 5s. Se a capacidade positiva for muito grande, aparecerá lítio metálico na superfície do eletrodo negativo. Se o eletrodo negativo for muito grande, a capacidade da bateria será muito perdida. De modo geral, N/P=1,05～1,15, e faça uma escolha apropriada de acordo com a capacidade real da bateria e os requisitos de segurança. Projete peças grandes e pequenas para que a posição da pasta do eletrodo negativo (material ativo) cubra (seja maior que) a posição da pasta do eletrodo positivo. Geralmente, a largura deve ser 1-5 mm maior e o comprimento deve ser 5-10 mm maior.
b) Existe uma margem para a largura do diafragma
O princípio geral do design da largura da membrana é evitar que as placas positiva e negativa entrem em contacto direto e causem curto-circuito interno. Devido à bateria lipo 5s no processo de carga e descarga e no ambiente de choque térmico, o encolhimento térmico da membrana faz com que a membrana se deforme nas direções de comprimento e largura. 

A área dobrada da membrana aumenta a polarização devido ao aumento da distância entre os eléctrodos positivo e negativo; a área esticada da membrana aumenta a possibilidade de microcurto-circuito devido ao afinamento da membrana; o encolhimento da área da borda da membrana pode causar curto-circuito interno positivo e negativo devido ao contacto direto, o que tornará a bateria perigosa devido à fuga térmica.

Portanto, ao projetar a bateria lipo 5s, as características de encolhimento do separador devem ser consideradas na utilização da área e largura, e o separador deve ser maior do que o ânodo e o cátodo. Considerando o erro do processo, a película isolante deve ser pelo menos 0,1 mm mais longa do que a borda exterior da peça do polo.
c) Tratamento de isolamento
O curto-circuito interno é um fator importante para a bateria lipo 5s apresentar riscos potenciais de segurança. Existem muitas partes potencialmente perigosas que causam curto-circuito interno no design estrutural da célula da bateria. Portanto, devem ser tomadas medidas necessárias ou isolamento nestas posições chave para prevenir condições anormais. No caso de um curto-circuito na bateria, por exemplo: manter a distância necessária entre as abas positivas e negativas da bateria lipo 5s; colocar fita isolante no meio do lado único sem cola na extremidade, cobrindo todas as partes expostas; colar isolamento entre a folha de alumínio positiva e o material ativo negativo; usar fita isolante para cobrir todas as partes soldadas das abas; usar fita isolante no topo da célula.

d) Instalar válvula de segurança (dispositivo de alívio de pressão)
O perigo da bateria lipo 5s é frequentemente causado por uma explosão ou incêndio devido a temperatura ou pressão interna excessiva; pode ser instalado um dispositivo de alívio de pressão razoável para libertar rapidamente a pressão e o calor dentro da bateria quando ocorre perigo, reduzindo o risco de explosão. Os requisitos do dispositivo de alívio de pressão razoável podem não só suportar a pressão interna da bateria lipo 5s durante a operação normal, mas também abrir automaticamente para aliviar a pressão quando a pressão interna atingir o limite perigoso. A localização do dispositivo de alívio de pressão precisa considerar o aumento da pressão interna da caixa da bateria e as características da deformação resultante; o design da válvula de segurança pode ser realizado por meio de lâminas, bordas, costuras e entalhes, etc.

3 Melhore o nível de artesanato:

Embora a bateria lipo 5s tenha muitos perigos ocultos, sob condições específicas de uso e tomando certas medidas, a ocorrência de reações secundárias e reações violentas na bateria pode ser controlada eficazmente para garantir o seu uso seguro. A seguir, uma breve introdução a várias tecnologias de segurança comumente usadas para a bateria lipo 5s.
1 Utilize matérias-primas da bateria lipo 5s com fator de segurança mais elevado
Utilize materiais ativos positivos e negativos da bateria lipo 5s, materiais da membrana e electrólitos com um fator de segurança mais elevado.
a) Seleção do material do eléctrodo positivo para bateria lipo 5s
A segurança dos materiais do cátodo baseia-se principalmente nos seguintes três aspetos:
1 Estabilidade termodinâmica do material;
2 A estabilidade química do material;
3 Propriedades físicas do material.
b) Seleção do material da membrana para bateria lipo 5s
A função principal do separador é separar os eléctrodos positivo e negativo da bateria, para evitar que os eléctrodos positivo e negativo entrem em contacto e provoquem curto-circuito, e ao mesmo tempo, tem a capacidade de permitir a passagem de iões do electrólito, ou seja, isolamento electrónico e condutividade iónica. Ao escolher uma membrana para bateria lipo 5s, deve prestar atenção aos seguintes pontos:
Tem isolamento electrónico para garantir o isolamento mecânico dos eléctrodos positivo e negativo;
2 Tem um certo tamanho de poro e porosidade para garantir baixa resistência e alta condutividade iónica;
3 O material do diafragma tem estabilidade química suficiente e deve ser resistente à corrosão do eletrólito;
4 O diafragma deve ter a função de proteção de desligamento automático;
5 A retração térmica e a deformabilidade do diafragma devem ser o mais pequenas possível;
6 O diafragma deve ter uma certa espessura;
7 O diafragma deve ter resistência física forte e resistência suficiente à perfuração.
c) Escolha do eletrólito da bateria lipo 5s
O eletrólito é uma parte importante da bateria lipo 5s, que desempenha o papel de transportar e conduzir corrente entre os eletrodos positivo e negativo da bateria. O eletrólito usado na bateria lipo 5s é uma solução eletrolítica formada pela dissolução de um sal de lítio adequado num solvente misto orgânico aprótico. Geralmente deve cumprir os seguintes requisitos:
1 Boa estabilidade química, sem reação química com o material ativo do eletrodo, coletor de corrente e diafragma;
2 Boa estabilidade eletroquímica e ampla janela eletroquímica;
3 A condutividade do ião de lítio é alta, a condutividade eletrónica é baixa;
4 Ampla faixa de temperatura do líquido;
5 Seguro, não tóxico e amigo do ambiente.
2 Reforçar o design geral de segurança das células da bateria lipo 5s
A célula da bateria é o elo que combina várias substâncias da bateria. É a integração do eletrodo positivo, eletrodo negativo, diafragma, aba e película de embalagem da bateria lipo 5s. O design estrutural da célula da bateria não só afeta o desempenho de vários materiais, mas também afeta o desempenho eletroquímico geral e o desempenho de segurança da bateria lipo 5s, tendo um impacto importante. A seleção de materiais e o design da estrutura da célula são exatamente a relação entre a parte e o todo. No design da célula, deve ser formulado um modelo estrutural razoável em combinação com as propriedades do material.

Além disso, alguns dispositivos de proteção adicionais também podem ser considerados na estrutura da bateria lipo 5s. Os designs comuns de mecanismos de proteção são os seguintes:
1 Usando elementos de comutação, quando a temperatura da bateria lipo subir dentro de 5s, a sua resistência aumentará, e quando a temperatura estiver demasiado alta, a alimentação será automaticamente interrompida;
2 Defina a válvula de segurança (ou seja, o orifício de ventilação no topo da bateria lipo 5s). Quando a pressão interna da bateria atingir um determinado valor, a válvula de segurança abrirá automaticamente para garantir a segurança da bateria lipo 5s.
A seguir estão alguns exemplos do design de segurança da estrutura da célula:
a) Proporção de capacidade positiva e negativa e tamanho do design
Escolha a proporção adequada de capacidade positiva e negativa de acordo com as características dos materiais positivo e negativo. A proporção da capacidade positiva e negativa da bateria é um elo importante relacionado à segurança da bateria lipo 5s. Se a capacidade positiva for muito grande, aparecerá lítio metálico na superfície do eletrodo negativo. Se o eletrodo negativo for muito grande, a capacidade da bateria será muito perdida. De modo geral, N/P=1,05～1,15, e faça uma escolha apropriada de acordo com a capacidade real da bateria e os requisitos de segurança. Projete peças grandes e pequenas para que a posição da pasta do eletrodo negativo (material ativo) cubra (seja maior que) a posição da pasta do eletrodo positivo. Geralmente, a largura deve ser 1-5 mm maior e o comprimento deve ser 5-10 mm maior.
b) Existe uma margem para a largura do diafragma
O princípio geral do design da largura do diafragma é evitar que as placas positiva e negativa entrem em contacto direto e causem curto-circuito interno. Devido à bateria lipo 5s no processo de carga e descarga e no ambiente de choque térmico, a contração térmica do diafragma faz com que o diafragma se deforme nas direções de comprimento e largura. A área dobrada do diafragma aumenta a polarização devido ao aumento da distância entre os eletrodos positivo e negativo; a área esticada do diafragma aumenta a possibilidade de micro-curto-circuito devido ao afinamento do diafragma; a contração da área da borda do diafragma pode causar curto-circuito interno positivo e negativo devido ao contacto direto, o que tornará a bateria perigosa devido à fuga térmica. Portanto, ao projetar a bateria lipo 5s, as características de contração do separador devem ser consideradas na utilização da área e largura, e o separador deve ser maior que o ânodo e o cátodo. Considerando o erro do processo, a película isolante deve ser pelo menos 0,1 mm mais longa que a borda externa da peça do polo.
c) Tratamento de isolamento
O curto-circuito interno é um fator importante para a bateria lipo 5s apresentar riscos potenciais de segurança. Existem muitas partes potencialmente perigosas que causam curto-circuito interno no design estrutural da célula da bateria. Portanto, devem ser tomadas medidas necessárias ou isolamento nestas posições chave para prevenir condições anormais. No caso de um curto-circuito na bateria, por exemplo: manter a distância necessária entre as abas positivas e negativas da bateria lipo 5s; colocar fita isolante no meio do lado único sem cola na extremidade, cobrindo todas as partes expostas; colar isolamento entre a folha de alumínio positiva e o material ativo negativo; usar fita isolante para cobrir todas as partes soldadas das abas; usar fita isolante no topo da célula.
d) Instalar válvula de segurança (dispositivo de alívio de pressão)
O perigo da bateria lipo 5s é frequentemente causado por uma explosão ou incêndio devido a temperatura ou pressão interna excessiva; pode ser instalado um dispositivo de alívio de pressão razoável para libertar rapidamente a pressão e o calor dentro da bateria quando ocorre perigo, reduzindo o risco de explosão. Os requisitos do dispositivo de alívio de pressão razoável podem não só suportar a pressão interna da bateria lipo 5s durante a operação normal, mas também abrir automaticamente para aliviar a pressão quando a pressão interna atingir o limite perigoso. A localização do dispositivo de alívio de pressão precisa considerar o aumento da pressão interna da caixa da bateria e as características da deformação resultante; o design da válvula de segurança pode ser realizado por meio de lâminas, bordas, costuras e entalhes, etc.
3 Melhorar o nível de artesanato
São feitos esforços para padronizar e uniformizar o processo de produção das células de bateria lipo 5s. Nas etapas de mistura, revestimento, cozedura, compactação, corte e enrolamento, formula-se a padronização (como a largura do diafragma, volume de injeção do eletrólito, etc.) e melhoram-se os métodos do processo (como o método de injeção a baixa pressão, método de centrifugação da carcaça, etc.), realiza-se um bom controlo do processo, assegura-se a qualidade do processo e reduz-se a diferença entre os produtos; estabelecem-se etapas especiais nas fases chave que têm impacto na segurança (como desbarbagem, varrimento de pó e soldagem diferente para materiais distintos). métodos, etc.), implementa-se monitorização de qualidade padronizada, eliminam-se as peças defeituosas da bateria lipo 5s e excluem-se os produtos defeituosos (como deformação da peça do polo, perfuração do diafragma, desprendimento do material ativo e fuga de eletrólito, etc.); mantém-se o local de produção arrumado e limpo, implementa-se a Gestão 5S e o controlo de qualidade 6-sigma para evitar a mistura de impurezas e humidade na produção e minimizar o impacto de situações inesperadas na produção da bateria lipo 5s sobre a segurança.
O acima é o conteúdo completo dos problemas de segurança da bateria lipo 5s apresentado pela CNHL, uma empresa profissional de baterias de lítio, esperando ajudar a compreender as razões dos problemas de segurança da bateria lipo 5s e a tomar medidas correspondentes para melhorar a segurança das baterias de lítio.

Mais informações sobre baterias de lítio podem ser encontradas abaixo:
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Quão seguras são as baterias lipo?