[Сухі товари] літій-полімерна батарея 5s небезпека та технологія безпеки

Сьогодні виробник літієвих акумуляторів CNHL представить небезпеку акумулятора lipo 5s та його технології безпеки. У статті буде проаналізовано джерело небезпеки акумулятора lipo 5s та наведено відповідні технології для забезпечення безпеки продуктів акумулятора lipo 5s.
Щодо безпеки літієвих акумуляторів, я також розглядав це в попередній статті проблеми безпеки акумулятора cnhl 6s lipo та заходи запобігання. Зацікавлені партнери можуть натиснути, щоб переглянути.

Небезпека акумулятора lipo 5s

Виходячи зі своїх хімічних характеристик та складу системи, акумулятор lipo 5s визначається як потенційно небезпечне хімічне джерело живлення.
1 Висока хімічна активність
Літій є елементом головної підгрупи I другого періоду періодичної таблиці і має надзвичайно активні хімічні властивості.
2 Висока енергетична щільність 
Питома енергія lipo battery 5s надзвичайно висока (≥140 Вт·год/кг), що в кілька разів перевищує показники нікель-кадмієвих, нікель-металгідридних та інших акумуляторів. Якщо відбудеться тепловий розгін, він виділить велику кількість тепла і легко призведе до небезпечних ситуацій.
3 Використання органічної електролітної системи
Органічний розчинник органічної електролітної системи є вуглеводнем, який має низьку напругу розкладу і схильний до окислення, а розчинник є легкозаймистим; у разі витоку це може спричинити займання lipo battery 5s або навіть пожежу та вибух.
4 Висока ймовірність побічних реакцій
Під час нормального використання lipo battery 5s відбувається хімічна позитивна реакція, в якій електрична енергія та хімічна енергія перетворюються одна в одну. Але за певних умов, таких як перезарядження та перерозрядження або робота з перевантаженням струму, легко виникають хімічні побічні реакції всередині lipo battery 5s; після посилення побічної реакції це серйозно впливає на продуктивність і термін служби lipo battery 5s, а також може утворювати велику кількість газу, що призводить до швидкого підвищення тиску всередині lipo battery 5s, а потім вибуху та займання, спричиняючи проблеми безпеки.
5 Структурна нестабільність матеріалів електродів
Реакція перезарядження 5s у lipo battery змінює структуру матеріалу позитивного електрода і робить матеріал сильним окислювачем, що призводить до сильного окислення розчинника в електроліті; цей ефект є незворотним, а тепло, що виникає внаслідок реакції, накопичується. Існує небезпека теплового розгону.

Аналіз проблем безпеки продуктів lipo battery 5s

Після 30 років промислового розвитку продукти lipo battery 5s досягли значного прогресу в технології безпеки, ефективно контролюючи виникнення побічних реакцій у батареї та забезпечуючи безпеку батареї. Однак із зростанням використання lipo battery 5s та збільшенням енергетичної щільності в останні роки часто траплялися випадки вибухів, травм або відкликань продукції через проблеми з безпекою. Ми дійшли висновку, що основними причинами проблем безпеки продуктів lipo battery 5s є наступні:

1 проблема з основним матеріалом акумулятора літій-полімерного акумулятора 5s

Матеріали, що використовуються в батареї, включають: позитивний активний матеріал літій-полімерного акумулятора 5s, негативний активний матеріал, сепаратор, електроліт і корпус тощо. Вибір матеріалів і поєднання системи визначають безпеку батареї. При виборі позитивних і негативних активних матеріалів та матеріалів діафрагми для літій-полімерного акумулятора 5s виробник не провів належної оцінки характеристик і сумісності сировини, що призвело до вродженого дефіциту безпеки елемента.

2 проблеми виробничого процесу літій-полімерного акумулятора 5s

Сировина для акумуляторних елементів не проходить суворого тестування, а виробниче середовище є поганим, що призводить до домішок у продукції, що не лише сильно впливає на ємність батареї, а й значно впливає на безпеку батареї;
Крім того, якщо в електроліт літій-полімерного акумулятора 5s потрапить надто багато води, можуть виникнути побічні реакції, і внутрішній тиск батареї може збільшитися, що вплине на безпеку;
Через обмеження рівня виробничих технологій у процесі виготовлення елементів літій-полімерного акумулятора 5s продукт не може досягти хорошої однорідності, наприклад, погана рівність підкладки електрода, відшарування активного матеріалу електрода, змішування інших домішок у активному матеріалі, погане зварювання виводів, нестабільна температура зварювання, задирки на краях полюсних пластин, а також відсутність ізоляційної стрічки у ключових частинах можуть негативно вплинути на безпеку елементів літій-полімерного акумулятора 5s.

3 дефекти конструкції акумуляторних елементів літій-полімерного акумулятора 5s, знижена безпека

Щодо конструктивного дизайну, багато ключових моментів, що впливають на безпеку, не були враховані виробниками. Наприклад, у ключових частинах відсутня ізоляційна стрічка, у конструкції діафрагми немає запасу або він недостатній, а співвідношення ємності позитивного та негативного електродів літій-полімерного акумулятора 5s (Яка ємність 11.1v літій-полімерного акумулятора?) є необґрунтованим, необґрунтоване співвідношення площі активних матеріалів позитивного та негативного електродів, необґрунтована довжина виводів тощо — це може створювати приховані загрози безпеці літій-полімерного акумулятора 5s. Крім того, у процесі виробництва акумуляторних елементів, щоб заощадити кошти та покращити характеристики, деякі виробники намагаються економити та ущільнювати сировину, наприклад, зменшують площу діафрагм, роблять тоншим мідний та алюмінієвий фольгу, не використовують клапани скидання тиску та ізоляційні стрічки тощо, що знижує безпеку батареї.

Енергетична щільність 4 літій-полімерних акумуляторів 5s занадто висока

Наразі ринок прагне до продуктів з акумуляторами більшої ємності. Щоб підвищити конкурентоспроможність продукції, виробники продовжують покращувати об'ємну питому енергію літій-полімерних акумуляторів 5s, що значною мірою підвищує небезпеку батарей.

Технологія безпеки lipo battery 5s

Хоча lipo battery 5s має багато прихованих небезпек, за певних умов використання та прийняття певних заходів можна ефективно контролювати виникнення побічних та сильних реакцій у батареї, щоб забезпечити її безпечне використання. Нижче наведено короткий огляд кількох поширених технологій безпеки для lipo battery 5s.

1 Використання сировини для lipo battery 5s з вищим коефіцієнтом безпеки:

Використовуйте позитивні та негативні активні матеріали, матеріали діафрагми та електроліти для lipo battery 5s з вищим коефіцієнтом безпеки.
Про позитивні та негативні активні матеріали, матеріали діафрагми та електроліти lipo battery детально розповідається у наступній статті. Зацікавлені партнери можуть натиснути для перегляду:
Чотири ключові матеріали для літій-полімерної батареї 3s сухі товари!
a) Вибір матеріалу позитивного електрода для lipo battery 5s
Безпека катодних матеріалів базується головним чином на трьох аспектах:
1 Термодинамічна стабільність матеріалу;
2 хімічна стабільність матеріалу;
3 Фізичні властивості матеріалу.
b) Вибір матеріалу діафрагми для lipo battery 5s

Основна функція сепаратора — розділяти позитивний і негативний електроди акумулятора, щоб запобігти їх контакту та короткому замиканню, а також забезпечувати проходження іонів електроліту, тобто електронну ізоляцію та іонну провідність. При виборі діафрагми для lipo battery 5s слід звернути увагу на наступні моменти:
1 Він має електронну ізоляцію для забезпечення механічної ізоляції позитивного та негативного електродів;
2 Мати певний розмір пор і пористість для забезпечення низького опору і високої іонної провідності;
3 Матеріал діафрагми повинен мати достатню хімічну стабільність і бути стійким до корозії електроліту;
4 Діафрагма повинна мати функцію автоматичного захисту від вимкнення;
5 Теплова усадка і деформованість діафрагми повинні бути якомога меншими;
6 Діафрагма повинна мати певну товщину;
7 Діафрагма повинна мати високу фізичну міцність і достатню стійкість до проколів.
c) Вибір електроліту для lipo battery 5s
Електроліт є важливою частиною lipo battery 5s, який виконує роль перенесення і провідності струму між позитивним і негативним електродами акумулятора. Електроліт, що використовується в lipo battery 5s, є розчином електроліту, утвореним розчиненням відповідної солі літію в органічному апротонному змішаному розчиннику. Він зазвичай повинен відповідати таким вимогам:
1 Добра хімічна стабільність, відсутність хімічної реакції з активним матеріалом електрода, колектором струму та діафрагмою;
2 Добра електрохімічна стабільність і широкий електрохімічний вікно;
3 Висока провідність іонів літію, низька електронна провідність;
4 Широкий температурний діапазон рідини;
5 Безпечний, нетоксичний і екологічно чистий.

2 Посилення загального дизайну безпеки елементів lipo battery 5s:

Елемент акумулятора — це ланка, що поєднує різні речовини акумулятора. Це інтеграція позитивного електрода, негативного електрода, діафрагми, виводу та пакувальної плівки lipo battery 5s. Конструкція елемента акумулятора впливає не лише на характеристики різних матеріалів, а й має важливий вплив на загальну електрохімічну продуктивність і безпеку lipo battery 5s. Вибір матеріалів і конструкція структури елемента — це саме співвідношення частини і цілого. При проектуванні елемента слід розробити розумну структурну модель з урахуванням властивостей матеріалів.
Крім того, на конструкції lipo battery 5s можна розглянути деякі додаткові захисні пристрої. Загальні конструкції захисних механізмів такі:
1 Використання комутаційних елементів: коли температура lipo battery підвищується протягом 5 секунд, його опір зростає, а при надто високій температурі він автоматично припиняє подачу живлення;
2 Встановіть запобіжний клапан (тобто вентиляційний отвір на верхній частині акумулятора lipo battery 5s). Коли внутрішній тиск акумулятора підвищується до певного значення, запобіжний клапан автоматично відкривається, щоб забезпечити безпеку lipo battery 5s.
Нижче наведено деякі приклади конструкції безпеки структури елемента:
a) Співвідношення ємності позитивного та негативного електродів і розмір проектування
Виберіть відповідне співвідношення ємності позитивного та негативного електродів відповідно до характеристик позитивних і негативних матеріалів. Співвідношення ємності позитивного та негативного електродів батареї є важливим аспектом, що впливає на безпеку літій-полімерної батареї 5s. Якщо позитивна ємність занадто велика, на поверхні негативного електрода з'явиться металевий літій. Якщо негативний електрод занадто великий, ємність батареї значно знизиться. Загалом, N/P=1.05～1.15, і слід зробити відповідний вибір залежно від фактичної ємності батареї та вимог безпеки. Проектуйте великі та малі деталі так, щоб положення негативного електрода (активного матеріалу) перекривало (було більше) положення позитивного електрода. Зазвичай ширина має бути на 1-5 мм більшою, а довжина на 5-10 мм більшою.
b) Передбачено запас по ширині діафрагми
Загальний принцип проектування ширини діафрагми полягає в запобіганні прямому контакту позитивної та негативної пластин і виникненню внутрішнього короткого замикання. Через те, що lipo battery 5s під час заряджання та розряджання і в умовах теплового шоку зазнає термічної усадки діафрагми, вона деформується в довжину та ширину. 

Зігнута ділянка діафрагми збільшує поляризацію через збільшення відстані між позитивним і негативним електродами; розтягнута ділянка діафрагми підвищує ймовірність мікрокороткого замикання через витонченість діафрагми; усадка краю діафрагми може спричинити внутрішнє коротке замикання через прямий контакт позитивного та негативного електродів, що зробить батарею небезпечною через тепловий розгін.

Тому при проектуванні lipo battery 5s необхідно враховувати характеристики усадки сепаратора при використанні площі та ширини, і сепаратор має бути більшим за анод і катод. З урахуванням технологічної похибки ізоляційна плівка повинна бути щонайменше на 0,1 мм довшою за зовнішній край полюсної пластини.
c) Ізоляційна обробка
Внутрішнє коротке замикання є важливим фактором потенційних небезпек безпеки для літій-полімерної батареї 5s. Існує багато потенційно небезпечних частин, які спричиняють внутрішнє коротке замикання в конструктивному дизайні елемента батареї. Тому в цих ключових позиціях слід встановити необхідні заходи або ізоляцію для запобігання аномальним станам. У разі короткого замикання в батареї, наприклад: підтримуйте необхідну відстань між позитивним і негативним вухами літій-полімерної батареї 5s; накладіть ізоляційну стрічку посередині однієї сторони без наклейки на кінці та покрийте всі відкриті частини; приклейте ізоляцію між позитивною алюмінієвою фольгою та негативним активним матеріалом; використовуйте ізоляційну стрічку для покриття всіх зварних частин виводів; використовуйте ізоляційну стрічку на верхній частині елемента.

d) Встановлення запобіжного клапана (пристрою скидання тиску)
Небезпека літій-полімерного акумулятора 5s часто спричинена вибухом або пожежею через надмірну внутрішню температуру або тиск; можна встановити розумний пристрій скидання тиску, який швидко випускає тиск і тепло всередині акумулятора у разі небезпеки, знижуючи ризик вибуху. Вимоги до розумного пристрою скидання тиску повинні не лише витримувати внутрішній тиск літій-полімерного акумулятора 5s під час нормальної роботи, а й автоматично відкриватися для скидання тиску, коли внутрішній тиск досягає небезпечного рівня. Розташування пристрою скидання тиску має враховувати характеристики деформації корпусу акумулятора при підвищенні внутрішнього тиску; конструкція запобіжного клапана може бути реалізована за допомогою пластин, кромок, швів та надрізів тощо.

3 Підвищення рівня майстерності:

Хоча lipo battery 5s має багато прихованих небезпек, за певних умов використання та прийняття певних заходів можна ефективно контролювати виникнення побічних та сильних реакцій у батареї, щоб забезпечити її безпечне використання. Нижче наведено короткий огляд кількох поширених технологій безпеки для lipo battery 5s.
1 Використання сировини для lipo battery 5s з вищим коефіцієнтом безпеки
Використовуйте позитивні та негативні активні матеріали, матеріали діафрагми та електроліти для lipo battery 5s з вищим коефіцієнтом безпеки.
a) Вибір матеріалу позитивного електрода для lipo battery 5s
Безпека катодних матеріалів базується головним чином на трьох аспектах:
1 Термодинамічна стабільність матеріалу;
2 хімічна стабільність матеріалу;
3 Фізичні властивості матеріалу.
b) Вибір матеріалу діафрагми для lipo battery 5s
Основна функція сепаратора — розділяти позитивний і негативний електроди акумулятора, щоб запобігти їх контакту та короткому замиканню, а також забезпечувати проходження іонів електроліту, тобто електронну ізоляцію та іонну провідність. При виборі діафрагми для lipo battery 5s слід звернути увагу на наступні моменти:
1 Він має електронну ізоляцію для забезпечення механічної ізоляції позитивного та негативного електродів;
2 Мати певний розмір пор і пористість для забезпечення низького опору і високої іонної провідності;
3 Матеріал діафрагми повинен мати достатню хімічну стабільність і бути стійким до корозії електроліту;
4 Діафрагма повинна мати функцію автоматичного захисту від вимкнення;
5 Теплова усадка і деформованість діафрагми повинні бути якомога меншими;
6 Діафрагма повинна мати певну товщину;
7 Діафрагма повинна мати високу фізичну міцність і достатню стійкість до проколів.
c) Вибір електроліту для lipo battery 5s
Електроліт є важливою частиною lipo battery 5s, який виконує роль перенесення і провідності струму між позитивним і негативним електродами акумулятора. Електроліт, що використовується в lipo battery 5s, є розчином електроліту, утвореним розчиненням відповідної солі літію в органічному апротонному змішаному розчиннику. Він зазвичай повинен відповідати таким вимогам:
1 Добра хімічна стабільність, відсутність хімічної реакції з активним матеріалом електрода, колектором струму та діафрагмою;
2 Добра електрохімічна стабільність і широкий електрохімічний вікно;
3 Висока провідність іонів літію, низька електронна провідність;
4 Широкий температурний діапазон рідини;
5 Безпечний, нетоксичний і екологічно чистий.
2 Посилити загальний дизайн безпеки елементів lipo battery 5s
Елемент акумулятора — це ланка, що поєднує різні речовини акумулятора. Це інтеграція позитивного електрода, негативного електрода, діафрагми, виводу та пакувальної плівки lipo battery 5s. Конструкція елемента акумулятора впливає не лише на характеристики різних матеріалів, а й має важливий вплив на загальну електрохімічну продуктивність і безпеку lipo battery 5s. Вибір матеріалів і конструкція структури елемента — це саме співвідношення частини і цілого. При проектуванні елемента слід розробити розумну структурну модель з урахуванням властивостей матеріалів.

Крім того, на конструкції lipo battery 5s можна розглянути деякі додаткові захисні пристрої. Загальні конструкції захисних механізмів такі:
1 Використання комутаційних елементів: коли температура lipo battery підвищується протягом 5 секунд, його опір зростає, а при надто високій температурі він автоматично припиняє подачу живлення;
2 Встановіть запобіжний клапан (тобто вентиляційний отвір на верхній частині акумулятора lipo battery 5s). Коли внутрішній тиск акумулятора підвищується до певного значення, запобіжний клапан автоматично відкривається, щоб забезпечити безпеку lipo battery 5s.
Нижче наведено деякі приклади конструкції безпеки структури елемента:
a) Співвідношення ємності позитивного та негативного електродів і розмір проектування
Виберіть відповідне співвідношення ємності позитивного та негативного електродів відповідно до характеристик позитивних і негативних матеріалів. Співвідношення ємності позитивного та негативного електродів батареї є важливим аспектом, що впливає на безпеку літій-полімерної батареї 5s. Якщо позитивна ємність занадто велика, на поверхні негативного електрода з'явиться металевий літій. Якщо негативний електрод занадто великий, ємність батареї значно знизиться. Загалом, N/P=1.05～1.15, і слід зробити відповідний вибір залежно від фактичної ємності батареї та вимог безпеки. Проектуйте великі та малі деталі так, щоб положення негативного електрода (активного матеріалу) перекривало (було більше) положення позитивного електрода. Зазвичай ширина має бути на 1-5 мм більшою, а довжина на 5-10 мм більшою.
b) Передбачено запас по ширині діафрагми
Загальний принцип проектування ширини діафрагми полягає в запобіганні прямому контакту позитивної та негативної пластин, що викликає внутрішнє коротке замикання. Через те, що літій-полімерна батарея 5s під час заряджання та розряджання і в умовах теплового шоку зазнає теплового усадки діафрагми, діафрагма деформується в довжину та ширину, складена ділянка діафрагми збільшує поляризацію через збільшення відстані між позитивним і негативним електродами; розтягнута ділянка діафрагми збільшує ймовірність мікрокороткого замикання через витонченість діафрагми; усадка краю діафрагми може спричинити внутрішнє коротке замикання позитивного та негативного електродів через прямий контакт, що зробить батарею небезпечною через тепловий розгін. Тому при проектуванні літій-полімерної батареї 5s слід враховувати характеристики усадки сепаратора при використанні площі та ширини, і сепаратор повинен бути більшим за анод і катод. З урахуванням технологічної похибки ізоляційна плівка має бути щонайменше на 0,1 мм довшою за зовнішній край полюсної деталі.
c) Ізоляційна обробка
Внутрішнє коротке замикання є важливим фактором потенційних небезпек безпеки для літій-полімерної батареї 5s. Існує багато потенційно небезпечних частин, які спричиняють внутрішнє коротке замикання в конструктивному дизайні елемента батареї. Тому в цих ключових позиціях слід встановити необхідні заходи або ізоляцію для запобігання аномальним станам. У разі короткого замикання в батареї, наприклад: підтримуйте необхідну відстань між позитивним і негативним вухами літій-полімерної батареї 5s; накладіть ізоляційну стрічку посередині однієї сторони без наклейки на кінці та покрийте всі відкриті частини; приклейте ізоляцію між позитивною алюмінієвою фольгою та негативним активним матеріалом; використовуйте ізоляційну стрічку для покриття всіх зварних частин виводів; використовуйте ізоляційну стрічку на верхній частині елемента.
d) Встановлення запобіжного клапана (пристрою скидання тиску)
Небезпека літій-полімерного акумулятора 5s часто спричинена вибухом або пожежею через надмірну внутрішню температуру або тиск; можна встановити розумний пристрій скидання тиску, який швидко випускає тиск і тепло всередині акумулятора у разі небезпеки, знижуючи ризик вибуху. Вимоги до розумного пристрою скидання тиску повинні не лише витримувати внутрішній тиск літій-полімерного акумулятора 5s під час нормальної роботи, а й автоматично відкриватися для скидання тиску, коли внутрішній тиск досягає небезпечного рівня. Розташування пристрою скидання тиску має враховувати характеристики деформації корпусу акумулятора при підвищенні внутрішнього тиску; конструкція запобіжного клапана може бути реалізована за допомогою пластин, кромок, швів та надрізів тощо.
3 Підвищення рівня майстерності
Здійснюються зусилля для стандартизації та уніфікації виробничого процесу елементів літій-полімерного акумулятора 5s. На етапах змішування, нанесення покриття, випікання, ущільнення, розрізання та намотування формулюються стандарти (наприклад, ширина сепаратора, об'єм введення електроліту тощо), удосконалюються методи процесу (наприклад, метод низького тиску введення, метод центрифугування оболонки тощо), забезпечується якісний контроль процесу, гарантується якість процесу та зменшується різниця між продуктами; встановлюються спеціальні етапи на ключових кроках, що впливають на безпеку (наприклад, зняття задирок, очищення порошку, різні методи зварювання для різних матеріалів тощо), впроваджується стандартизований моніторинг якості, усуваються дефектні частини літій-полімерного акумулятора 5s та виключаються дефектні продукти (наприклад, деформація полюсів, прокол сепаратора, відшарування активного матеріалу та витік електроліту тощо); підтримується чистота та порядок на виробничому майданчику, впроваджується управління 5S та контроль якості 6-сигма для запобігання потраплянню домішок і вологи у виробництво та мінімізації впливу непередбачених ситуацій у виробництві літій-полімерного акумулятора 5s на безпеку.
Вищезазначене є повним змістом питань безпеки літій-полімерного акумулятора 5s, представлених сьогодні компанією CNHL, професійним виробником літійових акумуляторів, з надією допомогти вам зрозуміти причини проблем безпеки літій-полімерного акумулятора 5s та вжити відповідних заходів для підвищення безпеки літійових акумуляторів.

Більше інформації про літійові акумулятори можна знайти нижче:
Наскільки добре ви знаєте квадратні 6s 22.2v lipo батареї?

Наскільки безпечні літій-полімерні акумулятори?