L'importanza della sicurezza delle batterie agli ioni di litio - Parte 2

L'importanza della sicurezza delle batterie agli ioni di litio - Parte 2

2 Cella della batteria

In generale, il processo di produzione delle batterie agli ioni di litio comprende fasi quali la miscelazione di materiali per elettrodi positivi e negativi, il rivestimento, la laminazione, il taglio, l'avvolgimento o l'impilamento, la saldatura dell'orecchio dell'elettrodo, l'iniezione di liquido, la sigillatura, la formazione, lo scarico e la separazione della capacità. Ognuno di questi processi può causare un aumento della resistenza interna della batteria o un cortocircuito, con conseguenti problemi di sicurezza.

Ad esempio, un rapporto di capacità non corretto tra elettrodi positivi e negativi può causare cortocircuiti interni, causati dalla deposizione di una grande quantità di litio metallico sulla superficie dell'elettrodo negativo; un'uniformità insufficiente dell'impasto può causare cortocircuiti interni, causati da una distribuzione non uniforme delle particelle attive che porta a variazioni significative del volume dell'elettrodo negativo durante la carica e la scarica, con conseguente precipitazione del litio, o da un aumento della resistenza interna causato da un impasto troppo fine;

Un cattivo controllo della qualità del rivestimento può anche causare il distacco di sostanze attive o cortocircuiti interni. Durante il processo di saldatura, la saldatura virtuale (tra gli elettrodi positivi e negativi e l'orecchio, tra l'elettrodo positivo e il coperchio, tra l'elettrodo negativo e il guscio, ecc.), la polvere del materiale, la carta del diaframma piccola o non correttamente imbottita, i fori nel diaframma e le bave non pulite possono costituire un rischio per la sicurezza.

Inoltre, la qualità della formazione del film SEI durante la fase di formazione determina direttamente le prestazioni di ciclo e sicurezza della batteria, influenzando la stabilità di inserimento del litio e la stabilità termica. I fattori che influenzano la formazione del film SEI includono i tipi di materiali di carbonio per elettrodi negativi, gli elettroliti e i solventi, il controllo della densità di corrente, della temperatura e della pressione durante la formazione. Selezionando materiali adeguati e regolando i parametri del processo di formazione, è possibile migliorare la qualità della formazione del film SEI, aumentando così le prestazioni di sicurezza della cella della batteria.

3 Sicurezza termica

3.1 Sistema di gestione delle batterie BMS

I sistemi di gestione delle batterie (BMS) sono molto richiesti nell'uso delle batterie di potenza. Il sistema di gestione deve gestire la batteria e la sua consistenza per ottenere il massimo accumulo di energia, l'efficienza di andata e ritorno e la sicurezza in diverse condizioni (temperatura, altitudine, velocità massima, stato di carica, durata del ciclo, ecc.) Il BMS comprende alcuni moduli comuni: collettore di dati, unità di comunicazione e modello di valutazione dello stato della batteria (SOC, SOH, SOP, ecc.). Con lo sviluppo delle batterie di potenza, i requisiti per la capacità di gestione del BMS sono sempre più stringenti. Con l'aggiunta di alcuni moduli di sicurezza, come la gestione del calore e il monitoraggio dell'alta tensione, si prevede di migliorare la sicurezza e l'affidabilità delle batterie di potenza durante l'uso

3.2 Fuga termica

La fuga termica della batteria può causare conseguenze distruttive come fumo, incendio ed esplosione, mettendo in pericolo la sicurezza personale dell'utente. Anche se si sceglie il metodo di configurazione teoricamente più sicuro, non è sufficiente a garantire la tranquillità delle persone. Per quanto ragionevoli siano la progettazione e la produzione delle celle della batteria, non è possibile evitare situazioni impreviste durante l'uso. Solo una progettazione ragionevole dell'integrazione delle batterie può consentire allo stack di batterie di arrestare le perdite in caso di problemi alle celle

4 Abuso delle batterie

Le batterie agli ioni di litio sono impeccabili anche nel processo di integrazione menzionato in precedenza, ed è difficile evitare abusi nelle condizioni operative reali degli utenti. Il sistema di carica e scarica (sovraccarico e scarica), la temperatura ambientale (camera termica), altre condizioni (penetrazione di chiodi, schiacciamento, cortocircuito interno) e le nuove condizioni di test dell'umidità ambientale (immersione in acqua di mare) sono tutti motivi di problemi di sicurezza causati da abusi.

Il sovraccarico può causare l'intrappolamento del campo cristallino del materiale attivo dell'elettrodo positivo, ostacolare il canale di deintercalazione degli ioni di litio, causare un forte aumento della resistenza interna, generare una grande quantità di calore Joule e ridurre la capacità di intercalazione del litio del materiale attivo dell'elettrodo negativo, con conseguente ramificazione del litio e cortocircuiti. Il surriscaldamento della temperatura ambiente può portare a reazioni a catena all'interno delle batterie agli ioni di litio, tra cui la fusione del separatore, la reazione tra il materiale attivo e l'elettrolita, la decomposizione dell'elettrodo positivo/film ES/solvente e la reazione tra l'elettrodo negativo incorporato nel litio e il legante. L'agopuntura e la compressione causano entrambe cortocircuiti interni a livello locale, determinando l'accumulo di una grande quantità di calore nell'area del cortocircuito e causando un abuso termico.

5 Conclusioni

Le prestazioni di sicurezza delle batterie di potenza determinano il mercato e il futuro delle batterie agli ioni di litio nel settore energetico. I fattori che incidono sulle prestazioni di sicurezza delle batterie di potenza riguardano l'intero ciclo di vita delle batterie, dalla selezione delle celle alla fine dell'utilizzo. Pertanto, le ragioni sono complesse e diverse, con livelli ricchi. L'energia orbitale intrinseca, la struttura cristallina e le proprietà del materiale stesso determinano le prestazioni di sicurezza intrinseche di una cella di batteria; il grado di eccellenza, l'automazione e le condizioni di formazione in ogni processo di produzione delle celle di batteria determinano le loro prestazioni di sicurezza, che influiscono sulla loro stabilità termica;

È difficile evitare errori di produzione e condizioni di lavoro scorrette per le batterie. In questa realtà, la progettazione del BMS e della sicurezza nell'integrazione delle batterie, compresa la progettazione di piani di emergenza per la fuga termica delle batterie, è particolarmente importante. In breve, la ricerca sui problemi di sicurezza delle batterie agli ioni di litio è un compito lungo e arduo. Solo combinando la teoria con la pratica e innovando costantemente, le batterie potranno davvero raggiungere la loro gloria nel campo delle applicazioni ad alta energia/alta potenza.