3. セキュリティ技術
リチウムイオン電池には多くの隠れた危険性がありますが、特定の使用条件下および一定の対策を講じることで、電池セル内での副反応や激しい反応の発生を効果的に制御し、安全な使用を確保できます。以下に、リチウムイオン電池で一般的に使用されているいくつかの安全技術を簡単に紹介します。
（1）安全率の高い原材料を選択する
正および負の極性活物質、隔膜材料および電解質は安全率の高いものを選択する必要があります。
a) 正極材料の選択
正極材料の安全性は主に次の 3 つの側面に基づいています。
1. 材料の熱力学的安定性。
2. 材料の化学的安定性。
3. 材料の物理的特性。
b) ダイヤフラム材質の選択
隔膜の主な機能は、電池の正極と負極を分離し、正極と負極の接触による短絡を防止し、電解質イオンの通過を可能にすることです。つまり、電子絶縁性とイオン性を備えています。導電性。リチウムイオン電池用隔膜を選択する際には、以下の点に注意してください。
1. 正極と負極の機械的絶縁を確保するための電子絶縁機能を備えています。
2. 低抵抗と高いイオン伝導性を確保するために、一定の開口部と多孔性を持っています。
3. ダイヤフラムの材料は十分な化学的安定性を備え、電解質腐食に対して耐性がなければなりません。
4. ダイヤフラムは自動シャットダウン保護機能を備えているものとします。
5. ダイアフラムの熱収縮、変形は極力小さいものとする。
6. ダイヤフラムは一定の厚さを持たなければなりません。
7. ダイヤフラムは、物理的強度が強く、十分な耐突刺性を有するものであること。
c) 電解液の選択
電解質はリチウムイオン電池の重要な部分であり、電池の正極と負極の間で電流を伝達および伝導する役割を果たします。リチウムイオン電池に使用される電解質は、有機非プロトン性混合溶媒に適切なリチウム塩を溶解させた電解質溶液です。通常、次の要件を満たす必要があります。
1. 化学的安定性が良好で、電極活物質、集電液、ダイヤフラムとの化学反応がありません。
2. 優れた電気化学的安定性、広い電気化学的ウィンドウを備えています。
3. リチウムイオン伝導性が高く、電子伝導性が低い。
4.広範囲の液体温度;
5.安全で無毒で環境に優しいです。
(2) 電池全体の安全設計の強化
バッテリーセルは、バッテリーのさまざまな材料を組み合わせたリンクであり、正極、負極、ダイアフラム、ラグ、包装フィルムが一体化されています。セル構造の設計は、さまざまな材料の性能に影響を与えるだけでなく、バッテリーの全体的な電気化学的性能と安全性能にも重要な影響を与えます。材料の選択とコア構造の設計は、まさに局所と全体の間の一種の関係です。コアの設計では、材料特性に応じて合理的な構造モードを定式化する必要があります。
さらに、リチウム電池の構造には、いくつかの追加の保護装置を考慮することもできます。一般的な保護メカニズムは次のとおりです。
a) スイッチ素子を採用しています。バッテリー内部の温度が上昇すると、それに応じて抵抗値も上昇します。温度が高すぎる場合、電源は自動的に停止します。
b) 安全弁 (つまり、バッテリー上部の通気口) を設定します。バッテリーの内圧が一定値まで上昇すると安全弁が自動的に開き、バッテリーの安全性を確保します。
電気コア構造の安全設計の例をいくつか示します。
1. 正極と負極の容量比と設計サイズのスライス
正極材料と負極材料の特性に応じて、適切な正極と負極の容量比を選択してください。セルの正極と負極の容量比は、リチウムイオン電池の安全性に関連する重要な要素です。正極容量が大きすぎると負極表面に金属リチウムが析出し、負極容量が大きすぎると電池容量が大きく失われる。一般に、N/P=1.05～1.15 であり、実際のバッテリー容量と安全要件に応じて適切な選択が行われます。大小のピースは、負極ペースト（活物質）の位置が正極ペーストの位置を囲む（超える）ように設計する必要があります。一般的に幅は1～5mm、長さは5～10mm大きくなります。
2. ダイヤフラム幅の許容値
ダイヤフラム幅設計の一般原則は、正極と負極の直接接触によって引き起こされる内部短絡を防ぐことです。電池の充放電時や熱衝撃などの環境下では、ダイヤフラムの熱収縮により長さ・幅方向に変形が起こり、プラス極間の距離が大きくなり、ダイヤフラムの折り曲げ部分の分極が増加します。および負極。ダイアフラムの薄化により、ダイアフラムの伸縮領域で微小短絡が発生する可能性が高くなります。ダイヤフラム端部の収縮により、正極と負極が直接接触し、内部ショートが発生し、電池の熱暴走により危険を引き起こす可能性があります。したがって、電池を設計する際には、隔膜の面積と幅を使用する際にその収縮特性を考慮する必要があります。絶縁膜はアノードおよびカソードより大きくする必要があります。プロセス誤差に加えて、絶縁膜は電極片の外側より少なくとも0.1mm長くなければなりません。
3.絶縁処理
内部短絡は、リチウムイオン電池の潜在的な安全上の危険をもたらす重要な要素です。セルの構造設計には内部短絡を引き起こす可能性のある危険な部品が数多くあります。したがって、これらの重要な位置には、正極耳と負極耳の間に必要な間隔を維持するなど、異常状態での電池の内部短絡を防ぐために必要な措置または絶縁を設定する必要があります。片端中央の非貼付位置に絶縁テープを貼り、露出部分をすべて覆うこと。正極のアルミ箔と負極活物質の間に絶縁テープを貼ります。ラグの溶接部分は絶縁テープで完全に覆う必要があります。電気コアの上部には絶縁テープが使用されています。
4.安全弁（圧力逃がし装置）の設定
リチウムイオン電池は危険です。通常、内部温度が高すぎるか、圧力が高すぎて爆発や火災を引き起こすためです。合理的な圧力逃がし装置は、危険な場合にバッテリー内の圧力と熱を迅速に解放し、爆発の危険を軽減します。合理的な圧力逃がし装置は、通常の動作中にバッテリーの内圧を満たすだけでなく、内圧が危険限界に達したときに自動的に開いて圧力を解放するものでなければなりません。圧力逃がし装置の設置位置は、内圧の上昇による電池殻の変形特性を考慮して設計する必要があります。安全弁の設計は、フレーク、エッジ、継ぎ目、切り込みによって実現できます。
(3) プロセスレベルの向上
セルの製造プロセスの標準化と標準化に努める必要があります。混合、塗布、焼成、圧縮、スリット、巻き取りの各工程において、標準化（ダイヤフラム幅、電解液注入量など）の策定、プロセス手段の改善（減圧注入法、遠心充填法など） 、プロセス管理を適切に行い、プロセスの品質を確保し、製品間の差異を狭めます。安全に関わる重要な工程（電極片のバリ取り、粉末掃き出し、材質ごとの溶接方法の違いなど）に特別な作業手順を設定し、品質監視の標準化を実施し、不良品の排除、不良品の排除（電極片の変形など）電極片、隔膜の穴、活物質の脱落、電解液の漏れなど）。生産現場を清潔に保ち、5S管理と6シグマ品質管理を実施し、生産中の不純物や水分の混入を防ぎ、生産事故による安全への影響を最小限に抑えます。
投稿日時: 2022 年 11 月 16 日