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Die Wichtigkeit der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien - Teil 2

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Die Wichtigkeit der Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien - Teil 2

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2 Batteriezelle

Im Allgemeinen umfasst der Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien Schritte wie das Mischen positiver und negativer Elektrodenmaterialien, Beschichten, Walzen, Schneiden, Wickeln oder Stapeln, Elektrodenohrschweißen, Flüssigkeitseinspritzung, Versiegelung, Formierung, Absaugung und Kapazitätstrennung. Jeder dieser Prozesse kann einen Anstieg des Innenwiderstands der Batterie oder einen Kurzschluss verursachen, was zu Sicherheitsproblemen führt.

So kann beispielsweise ein falsches Kapazitätsverhältnis zwischen positiver und negativer Elektrode zu inneren Kurzschlüssen führen, die durch die Ablagerung einer großen Menge metallischen Lithiums auf der Oberfläche der negativen Elektrode verursacht werden; eine unzureichende Gleichmäßigkeit des Schlamms kann zu inneren Kurzschlüssen führen, die durch eine ungleichmäßige Verteilung aktiver Partikel verursacht werden, die zu erheblichen Veränderungen des Volumens der negativen Elektrode während des Ladens und Entladens führen, was zu Lithiumausfällungen führt, oder durch einen Anstieg des Innenwiderstands aufgrund eines zu feinen Schlamms;

Eine mangelhafte Qualitätskontrolle der Beschichtung kann auch zum Abblättern aktiver Substanzen oder zu inneren Kurzschlüssen führen. Während des Schweißvorgangs können virtuelle Schweißungen (zwischen dem positiven und dem negativen Elektrodenstück und dem Ohr, zwischen dem positiven Elektrodenstück und dem Deckel, zwischen dem negativen Elektrodenstück und der Schale usw.), Materialstaub, kleines oder unsachgemäß gepolstertes Diaphragma-Papier, Löcher im Diaphragma und nicht gereinigte Grate Sicherheitsrisiken darstellen.

Darüber hinaus bestimmt die Qualität der SEI-Filmbildung während des Formierungsschritts direkt die Zyklus- und Sicherheitsleistung der Batterie und wirkt sich auf ihre Lithiumeinlagerungsstabilität und thermische Stabilität aus. Zu den Faktoren, die sich auf die SEI-Filmbildung auswirken, gehören die Arten von Kohlenstoffmaterialien für die negative Elektrode, Elektrolyte und Lösungsmittel sowie die Steuerung von Stromdichte, Temperatur und Druck während der Bildung. Durch die Auswahl geeigneter Materialien und die Anpassung der Parameter des Bildungsprozesses kann die Qualität der SEI-Filmbildung verbessert werden, wodurch die Sicherheitsleistung der Batteriezelle erhöht wird.

3 Thermische Sicherheit

3.1 BMS Batteriemanagementsystem

Batteriemanagementsysteme (BMS) werden bei der Verwendung von Leistungsbatterien dringend erwartet. Das Managementsystem muss die Batterie und ihre Konsistenz verwalten, um eine maximale Energiespeicherung, Rundlaufeffizienz und Sicherheit unter verschiedenen Bedingungen (Temperatur, Höhe, maximale Rate, Ladezustand, Zyklusdauer usw.) zu erreichen. Das BMS umfasst einige gemeinsame Module: Datensammler, Kommunikationseinheit und Modell zur Bewertung des Batteriestatus (SOC, SOH, SOP usw.). Mit der Entwicklung von Leistungsbatterien werden immer höhere Anforderungen an die Managementfähigkeiten von BMS gestellt. Durch das Hinzufügen einiger Sicherheitsmodule, wie z. B. Wärmemanagement und Hochspannungsüberwachung, wird erwartet, dass die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Leistungsbatterien während der Nutzung verbessert wird

3.2 Thermisches Durchgehen

Ein thermisches Durchgehen der Batterie kann zu zerstörerischen Folgen wie Rauchentwicklung, Feuer und Explosion führen und die persönliche Sicherheit des Benutzers gefährden. Selbst wenn die theoretisch sicherste Konfigurationsmethode gewählt wird, reicht dies nicht aus, um den Menschen Sicherheit zu geben. Unabhängig davon, wie vernünftig das Design und die Herstellung der Batteriezellen sind, lassen sich unerwartete Situationen während der Nutzung nicht vermeiden. Nur ein vernünftiges Design der Batterieintegration kann den Batteriestapel in die Lage versetzen, Verluste im Falle von Problemen mit den Batteriezellen zu verhindern

4 Missbrauch von Batterien

Lithium-Ionen-Batterien sind selbst im oben erwähnten Integrationsprozess fehlerfrei, und es ist schwierig, Missbrauch unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen der Nutzer zu vermeiden. Das Lade- und Entladesystem (Überladung und Entladung), die Umgebungstemperatur (Temperaturkammer), andere Bedingungen (Eindringen von Nägeln, Quetschung, interner Kurzschluss) und die neu hinzugekommenen Testbedingungen für die Umgebungsfeuchtigkeit (Eintauchen in Meerwasser) sind allesamt Gründe für Sicherheitsprobleme, die durch Missbrauch entstehen.

Eine Überladung kann zu einem Kristallfeldeinschluss des aktiven Materials der positiven Elektrode führen, den Kanal für die Deinterkalation der Lithiumionen behindern, einen starken Anstieg des Innenwiderstands verursachen, eine große Menge an Joule-Wärme erzeugen und die Fähigkeit des aktiven Materials der negativen Elektrode zur Interkalation von Lithium verringern, was zu Lithiumverzweigungen und Kurzschlüssen führt. Eine Überhitzung der Umgebungstemperatur kann zu Kettenreaktionen in Lithium-Ionen-Batterien führen, einschließlich des Schmelzens des Separators, der Reaktion zwischen dem aktiven Material und dem Elektrolyten, der Zersetzung der positiven Elektrode/SE-Folie/Lösungsmittel und der Reaktion zwischen der in Lithium eingebetteten negativen Elektrode und dem Bindemittel. Sowohl die Akupunktur als auch die Kompression verursachen lokal interne Kurzschlüsse, was zu einer großen Wärmemenge im Bereich des Kurzschlusses und zu thermischem Missbrauch führt.

5 Schlussfolgerung

Die Sicherheitsleistung von Leistungsbatterien bestimmt den Markt und die Zukunft von Lithium-Ionen-Batterien im Energiebereich. Die Faktoren, die sich auf die Sicherheitsleistung von Leistungsbatterien auswirken, ziehen sich durch den gesamten Lebenszyklus von Leistungsbatterien, von der Auswahl der Batteriezellen bis zum Ende ihrer Nutzung. Die Gründe sind daher komplex und vielfältig und umfassen mehrere Ebenen. Die intrinsische Orbitalenergie, die Kristallstruktur und die Eigenschaften des Materials selbst bestimmen die intrinsische Sicherheitsleistung einer Batteriezelle; der Grad der Exzellenz, die Automatisierung und die Herstellungsbedingungen in jedem Herstellungsprozess von Batteriezellen bestimmen ihre Sicherheitsleistung, die ihre thermische Stabilität beeinflusst;

Es ist schwierig, Herstellungsfehler und missbräuchliche Arbeitsbedingungen für Batterien zu vermeiden. Vor diesem Hintergrund ist die Entwicklung von BMS und Sicherheit bei der Integration von Batterien, einschließlich der Entwicklung von Notfallplänen für das thermische Durchgehen von Batterien, besonders wichtig. Kurz gesagt, die Erforschung der Sicherheitsaspekte von Lithium-Ionen-Batterien ist eine langwierige und mühsame Aufgabe. Nur durch die Verbindung von Theorie und Praxis und durch ständige Innovationen können sie ihren Ruhm im Bereich der Hochenergie-/Hochleistungsanwendungen wirklich erlangen.