[Torrvaror] lipo batteri 5s fara och säkerhetsteknik

Idag kommer litiumbatteritillverkaren CNHL att introducera faran med lipo battery 5s och dess säkerhetsteknik. Artikeln kommer att analysera källan till faran med lipo battery 5s och ge relevanta tekniker för att säkerställa säkerheten för lipo battery 5s-produkter.
När det gäller säkerheten för litiumbatterier introducerade jag det också i den tidigare artikeln cnhl 6s lipo battery safety problems and preventive measures. Intresserade kan klicka för att se.

Faran med lipo battery 5s

Utifrån dess egna kemiska egenskaper och systemkomposition fastställer lipo battery 5s att det är en potentiellt farlig kemisk kraftkälla.
1 Hög kemisk aktivitet
Litium är ett element i huvudgrupp I i den andra perioden i det periodiska systemet och har extremt aktiva kemiska egenskaper.
2 Hög energitäthet 
Den specifika energin för lipo batteri 5s är extremt hög (≥140 Wh/kg), vilket är flera gånger högre än nickel-kadmium, nickel-metallhydrid och andra sekundärbatterier. Om en termisk rusningsreaktion inträffar frigörs hög värme och det leder lätt till osäkra situationer.
3 Användning av ett organiskt elektrolytsystem
Det organiska lösningsmedlet i det organiska elektrolytsystemet är kolväte, vilket har låg sönderdelningsspänning och är benäget att oxidera, och lösningsmedlet är brandfarligt; om det finns läckage kan det orsaka att lipo batteri 5s fattar eld eller till och med brinner och exploderar.
4 Hög sannolikhet för sidoreaktioner
Under normal användning genomgår lipo batteri 5s en kemisk positiv reaktion där elektrisk energi och kemisk energi omvandlas till varandra. Men under vissa förhållanden, såsom överladdning och överurladdning eller överström, är det lätt att orsaka kemiska sidoreaktioner inuti lipo batteri 5s; efter att sidoreaktionen intensifieras påverkar det allvarligt prestandan och livslängden för lipo batteri 5s, och kan generera stora mängder gas, vilket gör att trycket inuti lipo batteri 5s snabbt ökar och sedan exploderar och fattar eld, vilket orsakar säkerhetsproblem.
5 Strukturell instabilitet hos elektrodmaterial
5s-överladdningsreaktionen i lipo batteriet kommer att förändra strukturen hos den positiva elektrodmaterialet och göra materialet starkt oxiderande, vilket får lösningsmedlet i elektrolyten att oxidera kraftigt; och denna effekt är irreversibel, och värmen som orsakas av reaktionen kommer att ackumuleras om den samlas. Det finns en risk för termisk rusning.

Analys av säkerhetsproblem för lipo batteri 5s-produkter

Efter 30 års industriell utveckling har lipo batteri 5s-produkter gjort stora framsteg inom säkerhetsteknik, vilket effektivt kontrollerar förekomsten av sidoreaktioner i batteriet och säkerställer batteriets säkerhet. Men med den ökande användningen av lipo batteri 5s och den ökande energitätheten har incidenter som explosioner, skador eller produktåterkallelser på grund av säkerhetsrisker inträffat ofta under de senaste åren. Vi drar slutsatsen att de främsta orsakerna till säkerhetsproblemen med lipo batteri 5s-produkter är följande:

1 lipo battery 5s batterikärnmaterialproblem

Materialen som används i batteriet inkluderar: lipo battery 5s positivt aktivt material, negativt aktivt material, separator, elektrolyt och hölje, etc. Valet av material och matchningen av det sammansatta systemet avgör batteriets säkerhetsprestanda. Vid val av lipo battery 5s positiva och negativa aktiva material och membranmaterial genomförde inte tillverkaren någon bedömning av råmaterialens egenskaper och matchning, vilket resulterade i en medfödd brist på cellens säkerhet.

2 lipo battery 5s produktionsprocessproblem

Råmaterialen för battericellerna testas inte strikt och produktionsmiljön är dålig, vilket resulterar i föroreningar i produktionen, vilket inte bara har en stor negativ effekt på batteriets kapacitet utan också en stor påverkan på batteriets säkerhet;
Dessutom, om för mycket vatten blandas i elektrolyten i lipo battery 5s, kan sidoreaktioner uppstå och batteriets inre tryck kan öka, vilket påverkar säkerheten;
På grund av begränsningar i produktionsteknologin kan produkten inte uppnå god konsistens i tillverkningsprocessen för lipo battery 5s-cellen, såsom dålig planhet på elektrodsubstratet, avflagning av elektrodens aktiva material, blandning av andra föroreningar i det aktiva materialet, dålig svetsning av flikarna, instabil svetsningstemperatur, grader på polstyckets kant och ingen isoleringstejp i nyckeldelar kan negativt påverka säkerheten för lipo battery 5s-celler.

3 lipo battery 5s battericelldesignfel, minskad säkerhetsprestanda

När det gäller strukturell design har många viktiga punkter som påverkar säkerheten inte uppmärksammats av tillverkarna. Till exempel finns det ingen isoleringstejp i nyckeldelar, det finns ingen eller otillräcklig marginal i membranets design, och kapacitetsförhållandet mellan positiva och negativa elektroder för lipo battery 5s (Vad är kapaciteten för 11.1v lipo battery?) är ologiskt designat, ologisk design av ytförhållandet mellan positiva och negativa aktiva material, ologisk design av flikarnas längd, etc., vilket kan skapa dolda faror för säkerheten hos lipo battery 5s. Dessutom, i tillverkningsprocessen av battericeller, för att spara kostnader och förbättra prestanda, försöker vissa battericelltillverkare spara och komprimera råmaterial, såsom att minska membranens yta, tunna kopparfolie, aluminiumfolie och att inte använda tryckavlastningsventiler och isoleringstejp, vilket minskar batteriets säkerhet.

4 lipo battery 5s energitäthet är för hög

För närvarande eftersträvar marknaden batteriprodukter med högre kapacitet. För att öka produkternas konkurrenskraft fortsätter tillverkarna att förbättra volymspecifik energitäthet för lipo battery 5s, vilket i hög grad ökar batteriernas farlighet.

Lipo batteri 5s säkerhetsteknologi

Även om lipo batteri 5s har många dolda faror, kan förekomsten av sidoreaktioner och våldsamma reaktioner i batteriet effektivt kontrolleras under specifika användningsförhållanden och med vissa åtgärder för att säkerställa dess säkra användning. Nedan följer en kort introduktion till flera vanligt använda säkerhetsteknologier för lipo batteri 5s.

1 Använd lipo batteri 5s råmaterial med högre säkerhetsfaktor:

Använd lipo batteri 5s positiva och negativa aktiva material, membranmaterial och elektrolyter med högre säkerhetsfaktor.
Om de positiva och negativa aktiva materialen, membranmaterialen och elektrolyterna för lipo batteri finns en detaljerad introduktion i följande artikel. Intresserade kan klicka för att se:
Fyra nyckelmaterial för lipo-batteri 3s torra varor!
a) Val av positiv elektrodmaterial för lipo batteri 5s
Säkerheten för katodmaterial baseras huvudsakligen på följande tre aspekter:
1 Materialets termodynamiska stabilitet;
2 Materialets kemiska stabilitet;
3 Materialets fysikaliska egenskaper.
b) Val av membranmaterial för lipo batteri 5s

Huvudfunktionen för separatorn är att separera batteriets positiva och negativa elektroder, för att förhindra att de positiva och negativa elektroderna kommer i kontakt och kortsluter, och samtidigt har den förmågan att släppa igenom elektrolytjoner, det vill säga elektronisk isolering och jonisk ledningsförmåga. När man väljer en membran för lipo batteri 5s bör man uppmärksamma följande punkter:
1 Den har elektronisk isolering för att säkerställa den mekaniska isoleringen av positiva och negativa elektroder;
2 har en viss porstorlek och porositet för att säkerställa låg resistans och hög jonledningsförmåga;
3 Membranmaterialet har tillräcklig kemisk stabilitet och måste vara resistent mot elektrolytets korrosion;
4 Membranet måste ha funktionen automatisk avstängningsskydd;
5 Membranets termiska krympning och formbarhet bör vara så liten som möjligt;
6 Membranet bör ha en viss tjocklek;
7 Membranet bör ha stark fysisk styrka och tillräckligt punkteringsmotstånd.
c) Val av elektrolyt för lipo-batteri 5s
Elektrolyten är en viktig del av lipo-batteriet 5s, som spelar rollen att transportera och leda ström mellan batteriets positiva och negativa elektroder. Elektrolyten som används i lipo-batteriet 5s är en elektrolytlösning som bildas genom att lösa ett lämpligt litiumsalt i ett organiskt aprotiskt blandat lösningsmedel. Den bör i allmänhet uppfylla följande krav:
1 God kemisk stabilitet, ingen kemisk reaktion med elektrodens aktiva material, strömsamlare och membran;
2. God elektrokemisk stabilitet och brett elektrokemiskt fönster;
3 Litiumjonledningsförmågan är hög, elektronledningsförmågan är låg;
4 Brett vätskans temperaturintervall;
5 Säker, giftfri och miljövänlig.

2 Stärk den övergripande säkerhetsdesignen för lipo batteri 5s-celler:

Battericellen är länken som kombinerar olika ämnen i batteriet. Det är integrationen av den positiva elektroden, negativa elektroden, membranet, fliken och förpackningsfilmen för lipo-batteriet 5s. Battericellens strukturella design påverkar inte bara prestandan hos olika material, utan påverkar också den övergripande elektrokemiska prestandan och säkerheten hos lipo-batteriet 5s. Valet av material och designen av cellstrukturen är exakt relationen mellan del och helhet. Vid design av cellen bör en rimlig strukturell modell formuleras i kombination med materialegenskaperna.
Dessutom kan vissa ytterligare skyddsanordningar också övervägas i strukturen för lipo-batteriet 5s. Vanliga skyddsmekanismdesigner är följande:
1 Använda växlingselement, när temperaturen på lipo-batteriet stiger inom 5s ökar dess resistans, och när temperaturen blir för hög stängs strömförsörjningen av automatiskt;
2 Ställ in säkerhetsventilen (det vill säga ventilationshålet på toppen av lipo-batteriet 5s). När det interna trycket i batteriet stiger till ett visst värde öppnas säkerhetsventilen automatiskt för att säkerställa säkerheten för lipo-batteriet 5s.
Följande är några exempel på säkerhetsdesignen av cellstrukturen:
a) Förhållande mellan positiv och negativ kapacitet och designstorlek
Välj lämplig positiv och negativ kapacitetskvot enligt egenskaperna hos de positiva och negativa materialen. Förhållandet mellan positiv och negativ kapacitet i batteriet är en viktig länk relaterad till säkerheten för lipo-batteri 5s. Om den positiva kapaciteten är för stor kommer metalliskt litium att uppträda på ytan av den negativa elektroden. Om den negativa elektroden är för stor kommer batteriets kapacitet att minska avsevärt. Generellt är N/P=1,05～1,15, och gör ett lämpligt val baserat på den faktiska batterikapaciteten och säkerhetskraven. Designa stora och små bitar så att positionen för den negativa elektrodpasten (aktivt material) täcker (är större än) positionen för den positiva elektrodpasten. Generellt bör bredden vara 1-5 mm större och längden 5-10 mm större.
b) Det finns marginal för membranets bredd
Det allmänna principen för membranbreddsdesign är att förhindra att positiva och negativa plattor kommer i direkt kontakt och orsakar intern kortslutning. På grund av lipo batteri 5s under laddnings- och urladdningsprocessen och i miljö med termisk chock orsakar membranets termiska krympning att membranet deformeras i längd- och breddriktning. 

Det vikta området av membranet ökar polariseringen på grund av det ökade avståndet mellan positiva och negativa elektroder; det utsträckta området av membranet ökar risken för mikrokortslutning på grund av membranets förtunning; krympningen av membranets kantområde kan orsaka intern kortslutning mellan positiva och negativa elektroder på grund av direkt kontakt, vilket gör batteriet farligt på grund av termisk rusning.

Därför måste krympningsegenskaperna hos separatorn beaktas vid användning av området och bredden när lipo batteri 5s designas, och separatorn är större än anod och katod. Med hänsyn till processfel måste isoleringsfilmen vara minst 0,1 mm längre än polstyckets ytterkant.
c) Isoleringsbehandling
Intern kortslutning är en viktig faktor för lipo-batteri 5s att ha potentiella säkerhetsrisker. Det finns många potentiellt farliga delar som orsakar intern kortslutning i den strukturella designen av battericellen. Därför bör nödvändiga åtgärder eller isolering sättas på dessa nyckelpositioner för att förhindra onormala förhållanden. Vid en kortslutning i batteriet, till exempel: behåll nödvändigt avstånd mellan de positiva och negativa flikarna på lipo-batteri 5s; placera isoleringstejp på mitten av den enkla sidan utan klister i änden, och täck alla exponerade delar; klistra isolering mellan positiv aluminiumfolie och negativt aktivt material; använd isoleringstejp för att täcka alla svetsdelar av flikarna; använd isoleringstejp på toppen av cellen.

d) Installera säkerhetsventil (tryckavlastningsanordning)
Faran med lipo-batteri 5s orsakas ofta av en explosion eller brand på grund av överdriven intern temperatur eller tryck; en rimlig tryckavlastningsanordning kan installeras för att snabbt släppa ut trycket och värmen inuti batteriet när fara uppstår, vilket minskar risken för explosion. Kraven på en rimlig tryckavlastningsanordning kan inte bara möta det interna trycket i lipo-batteri 5s under normal drift, utan öppnas också automatiskt för att lätta på trycket när det interna trycket når den farliga gränsen. Placeringen av tryckavlastningsanordningen behöver ta hänsyn till ökningen av det interna trycket i batterihöljet och de deformationsegenskaper som uppstår; designen av säkerhetsventilen kan uppnås med hjälp av lameller, kanter, sömmar och hack, etc.

3 Förbättra hantverksnivån:

Även om lipo batteri 5s har många dolda faror, kan förekomsten av sidoreaktioner och våldsamma reaktioner i batteriet effektivt kontrolleras under specifika användningsförhållanden och med vissa åtgärder för att säkerställa dess säkra användning. Nedan följer en kort introduktion till flera vanligt använda säkerhetsteknologier för lipo batteri 5s.
1 Använd lipo batteri 5s råmaterial med högre säkerhetsfaktor
Använd lipo batteri 5s positiva och negativa aktiva material, membranmaterial och elektrolyter med högre säkerhetsfaktor.
a) Val av positiv elektrodmaterial för lipo batteri 5s
Säkerheten för katodmaterial baseras huvudsakligen på följande tre aspekter:
1 Materialets termodynamiska stabilitet;
2 Materialets kemiska stabilitet;
3 Materialets fysikaliska egenskaper.
b) Val av membranmaterial för lipo batteri 5s
Huvudfunktionen för separatorn är att separera batteriets positiva och negativa elektroder, för att förhindra att de positiva och negativa elektroderna kommer i kontakt och kortsluter, och samtidigt har den förmågan att släppa igenom elektrolytjoner, det vill säga elektronisk isolering och jonisk ledningsförmåga. När man väljer en membran för lipo batteri 5s bör man uppmärksamma följande punkter:
1 Den har elektronisk isolering för att säkerställa den mekaniska isoleringen av positiva och negativa elektroder;
2 har en viss porstorlek och porositet för att säkerställa låg resistans och hög jonledningsförmåga;
3 Membranmaterialet har tillräcklig kemisk stabilitet och måste vara resistent mot elektrolytets korrosion;
4 Membranet måste ha funktionen automatisk avstängningsskydd;
5 Membranets termiska krympning och formbarhet bör vara så liten som möjligt;
6 Membranet bör ha en viss tjocklek;
7 Membranet bör ha stark fysisk styrka och tillräckligt punkteringsmotstånd.
c) Val av elektrolyt för lipo-batteri 5s
Elektrolyten är en viktig del av lipo-batteriet 5s, som spelar rollen att transportera och leda ström mellan batteriets positiva och negativa elektroder. Elektrolyten som används i lipo-batteriet 5s är en elektrolytlösning som bildas genom att lösa ett lämpligt litiumsalt i ett organiskt aprotiskt blandat lösningsmedel. Den bör i allmänhet uppfylla följande krav:
1 God kemisk stabilitet, ingen kemisk reaktion med elektrodens aktiva material, strömsamlare och membran;
2. God elektrokemisk stabilitet och brett elektrokemiskt fönster;
3 Litiumjonledningsförmågan är hög, elektronledningsförmågan är låg;
4 Brett vätskans temperaturintervall;
5 Säker, giftfri och miljövänlig.
2 Förstärka den övergripande säkerhetsdesignen av lipo-battericeller 5s
Battericellen är länken som kombinerar olika ämnen i batteriet. Det är integrationen av den positiva elektroden, negativa elektroden, membranet, fliken och förpackningsfilmen för lipo-batteriet 5s. Battericellens strukturella design påverkar inte bara prestandan hos olika material, utan påverkar också den övergripande elektrokemiska prestandan och säkerheten hos lipo-batteriet 5s. Valet av material och designen av cellstrukturen är exakt relationen mellan del och helhet. Vid design av cellen bör en rimlig strukturell modell formuleras i kombination med materialegenskaperna.

Dessutom kan vissa ytterligare skyddsanordningar också övervägas i strukturen för lipo-batteriet 5s. Vanliga skyddsmekanismdesigner är följande:
1 Använda växlingselement, när temperaturen på lipo-batteriet stiger inom 5s ökar dess resistans, och när temperaturen blir för hög stängs strömförsörjningen av automatiskt;
2 Ställ in säkerhetsventilen (det vill säga ventilationshålet på toppen av lipo-batteriet 5s). När det interna trycket i batteriet stiger till ett visst värde öppnas säkerhetsventilen automatiskt för att säkerställa säkerheten för lipo-batteriet 5s.
Följande är några exempel på säkerhetsdesignen av cellstrukturen:
a) Förhållande mellan positiv och negativ kapacitet och designstorlek
Välj lämplig positiv och negativ kapacitetskvot enligt egenskaperna hos de positiva och negativa materialen. Förhållandet mellan positiv och negativ kapacitet i batteriet är en viktig länk relaterad till säkerheten för lipo-batteri 5s. Om den positiva kapaciteten är för stor kommer metalliskt litium att uppträda på ytan av den negativa elektroden. Om den negativa elektroden är för stor kommer batteriets kapacitet att minska avsevärt. Generellt är N/P=1,05～1,15, och gör ett lämpligt val baserat på den faktiska batterikapaciteten och säkerhetskraven. Designa stora och små bitar så att positionen för den negativa elektrodpasten (aktivt material) täcker (är större än) positionen för den positiva elektrodpasten. Generellt bör bredden vara 1-5 mm större och längden 5-10 mm större.
b) Det finns marginal för membranets bredd
Den allmänna principen för design av membranets bredd är att förhindra att de positiva och negativa plattorna kommer i direkt kontakt och orsakar intern kortslutning. Eftersom lipo-batteri 5s under laddning och urladdning och i miljö med termisk chock, orsakar den termiska krympningen av membranet att membranet deformeras i längd- och breddriktningarna. Det vikta området av membranet ökar polariseringen på grund av ökat avstånd mellan positiva och negativa elektroder; det utsträckta området av membranet ökar risken för mikrokortslutning på grund av membranets förtunning; krympningen av membranets kantområde kan orsaka intern kortslutning mellan positiva och negativa på grund av direkt kontakt, vilket gör batteriet farligt på grund av termisk rusning. Därför måste krympningsegenskaperna hos separatorn beaktas vid användning av området och bredden vid design av lipo-batteri 5s, och separatorn ska vara större än anod och katod. Med hänsyn till processfel måste isoleringsfilmen vara minst 0,1 mm längre än den yttre kanten av polstycket.
c) Isoleringsbehandling
Intern kortslutning är en viktig faktor för lipo-batteri 5s att ha potentiella säkerhetsrisker. Det finns många potentiellt farliga delar som orsakar intern kortslutning i den strukturella designen av battericellen. Därför bör nödvändiga åtgärder eller isolering sättas på dessa nyckelpositioner för att förhindra onormala förhållanden. Vid en kortslutning i batteriet, till exempel: behåll nödvändigt avstånd mellan de positiva och negativa flikarna på lipo-batteri 5s; placera isoleringstejp på mitten av den enkla sidan utan klister i änden, och täck alla exponerade delar; klistra isolering mellan positiv aluminiumfolie och negativt aktivt material; använd isoleringstejp för att täcka alla svetsdelar av flikarna; använd isoleringstejp på toppen av cellen.
d) Installera säkerhetsventil (tryckavlastningsanordning)
Faran med lipo-batteri 5s orsakas ofta av en explosion eller brand på grund av överdriven intern temperatur eller tryck; en rimlig tryckavlastningsanordning kan installeras för att snabbt släppa ut trycket och värmen inuti batteriet när fara uppstår, vilket minskar risken för explosion. Kraven på en rimlig tryckavlastningsanordning kan inte bara möta det interna trycket i lipo-batteri 5s under normal drift, utan öppnas också automatiskt för att lätta på trycket när det interna trycket når den farliga gränsen. Placeringen av tryckavlastningsanordningen behöver ta hänsyn till ökningen av det interna trycket i batterihöljet och de deformationsegenskaper som uppstår; designen av säkerhetsventilen kan uppnås med hjälp av lameller, kanter, sömmar och hack, etc.
3 Förbättra hantverksnivån
Ansträngningar görs för att standardisera och reglera produktionsprocessen för lipo-batteri 5s-celler. I stegen blandning, beläggning, bakning, komprimering, skärning och upprullning formuleras standardisering (såsom membranbredd, elektrolytinsprutningsvolym, etc.) och förbättras processmetoder (såsom lågtrycksinsprutningsmetod, centrifugalskalmetod, etc.), görs ett gott arbete med processkontroll, säkerställer processkvalitet och minskar skillnader mellan produkter; särskilda steg upprättas i nyckelsteg som påverkar säkerheten (såsom gradning, dammsopning och olika svetsmetoder för olika material), implementerar standardiserad kvalitetsövervakning, eliminerar defekta delar i lipo-batteri 5s och utesluter defekta produkter (såsom polbitdeformation, membranpunktering, aktiv materialavflagning och elektrolytläckage, etc.); håller produktionsplatsen prydlig och ren, implementerar 5S-hantering och 6-sigma kvalitetskontroll för att förhindra att föroreningar och fukt blandas in i produktionen och minimera påverkan av oväntade situationer i produktionen av lipo-batteri 5s på säkerheten.
Ovanstående är hela innehållet om säkerhetsfrågor för lipo-batteri 5s från CNHL, ett professionellt litiumbatteriföretag, med förhoppning om att hjälpa dig att förstå orsakerna till säkerhetsproblemen med lipo-batteri 5s och vidta motsvarande åtgärder för att förbättra säkerheten för litiumbatterier.

Mer information om litiumbatterier finns nedan:
Hur mycket vet du om square 6s 22.2v lipo-batteri?

Hur säkra är lipo-batterier?