2 Cell pin

Nhìn chung, quy trình sản xuất pin lithium-ion bao gồm các bước như trộn vật liệu điện cực dương và âm, phủ, cán, cắt, quấn hoặc xếp chồng, hàn tai điện cực, phun chất lỏng, niêm phong, tạo hình, xả và tách dung lượng. Mỗi quy trình này có thể làm tăng điện trở bên trong của pin hoặc đoản mạch, dẫn đến các vấn đề về an toàn.

Ví dụ, tỷ lệ dung lượng không chính xác giữa điện cực dương và điện cực âm có thể gây ra hiện tượng đoản mạch bên trong, do lắng đọng một lượng lớn lithium kim loại trên bề mặt điện cực âm; Độ đồng đều không đủ của bùn có thể gây ra hiện tượng đoản mạch bên trong, do phân bố không đều các hạt hoạt động dẫn đến thay đổi đáng kể về thể tích của điện cực âm trong quá trình sạc và xả, dẫn đến kết tủa lithium hoặc do điện trở bên trong tăng lên do bùn quá mịn;

Kiểm soát chất lượng lớp phủ kém cũng có thể gây ra tình trạng bong tróc các chất hoạt động hoặc chập mạch bên trong. Trong quá trình hàn, hàn ảo (giữa các mảnh điện cực dương và âm với tai, giữa mảnh điện cực dương và nắp, giữa mảnh điện cực âm và vỏ, v.v.), bụi vật liệu, giấy màng ngăn nhỏ hoặc không được đệm đúng cách, lỗ trên màng ngăn và gờ không được làm sạch đều có thể gây ra mối nguy hiểm về an toàn.

Ngoài ra, chất lượng hình thành màng SEI trong bước hình thành trực tiếp quyết định hiệu suất tuần hoàn và an toàn của pin, ảnh hưởng đến độ ổn định chèn lithium và độ ổn định nhiệt của pin. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành màng SEI bao gồm các loại vật liệu cacbon điện cực âm, chất điện phân và dung môi, việc kiểm soát mật độ dòng điện, nhiệt độ và áp suất trong quá trình hình thành. Bằng cách lựa chọn vật liệu phù hợp và điều chỉnh các thông số của quá trình hình thành, chất lượng hình thành màng SEI có thể được cải thiện, do đó nâng cao hiệu suất an toàn của cell pin.

3 An toàn nhiệt

3.1 Hệ thống quản lý pin BMS

Hệ thống quản lý pin (BMS) được kỳ vọng cao trong việc sử dụng pin điện. Hệ thống quản lý cần quản lý pin và tính nhất quán của pin để đạt được khả năng lưu trữ năng lượng tối đa, hiệu suất khứ hồi và an toàn trong các điều kiện khác nhau (nhiệt độ, độ cao, tốc độ tối đa, trạng thái sạc, tuổi thọ chu kỳ, v.v.). BMS bao gồm một số mô-đun phổ biến: bộ thu thập dữ liệu, đơn vị truyền thông và mô hình đánh giá trạng thái pin (SOC, SOH, SOP, v.v.). Với sự phát triển của pin điện, ngày càng có nhiều yêu cầu nghiêm ngặt hơn đối với khả năng quản lý của BMS. Bằng cách bổ sung một số mô-đun an toàn, chẳng hạn như quản lý nhiệt và giám sát điện áp cao, dự kiến ​​sẽ cải thiện tính an toàn và độ tin cậy của pin điện trong quá trình sử dụng

3.2 Sự thoát nhiệt

Sau khi pin bị mất nhiệt, nó có thể gây ra hậu quả phá hoại như bốc khói, bắt lửa và nổ, gây nguy hiểm cho sự an toàn cá nhân của người dùng. Ngay cả khi phương pháp cấu hình an toàn nhất về mặt lý thuyết được chọn, thì vẫn chưa đủ để mang lại cho mọi người sự an tâm. Cho dù thiết kế và sản xuất cell pin có hợp lý đến đâu, thì cũng không thể tránh khỏi những tình huống bất ngờ trong quá trình sử dụng. Chỉ có thiết kế tích hợp pin hợp lý mới có thể giúp ngăn chặn tổn thất trong trường hợp cell pin gặp sự cố

4 Lạm dụng pin

Pin lithium ion hoàn hảo ngay cả trong quá trình tích hợp đã đề cập trước đó và rất khó để tránh lạm dụng trong điều kiện vận hành thực tế của người dùng. Hệ thống sạc và xả (sạc quá mức và xả), nhiệt độ môi trường ( buồng nhiệt độ ), các điều kiện khác ( thủng đinh , đè bẹp, ngắn mạch bên trong ) và các điều kiện thử nghiệm độ ẩm môi trường mới được bổ sung (ngâm nước biển) đều là lý do gây ra các vấn đề an toàn do lạm dụng.

Sạc quá mức có thể gây ra bẫy trường tinh thể của vật liệu hoạt động ở điện cực dương, cản trở kênh khử xen kẽ ion lithium, gây ra sự gia tăng đột ngột điện trở bên trong, tạo ra một lượng lớn nhiệt Joule và làm giảm khả năng xen kẽ lithium của vật liệu hoạt động ở điện cực âm, dẫn đến sự phân nhánh và ngắn mạch của lithium. Nhiệt độ môi trường quá nóng có thể dẫn đến các phản ứng dây chuyền bên trong pin lithium-ion, bao gồm cả sự tan chảy của bộ tách, phản ứng giữa vật liệu hoạt động và chất điện phân, sự phân hủy của điện cực dương/màng SE/dung môi và phản ứng giữa điện cực âm nhúng lithium và chất kết dính. Châm cứu và nén đều gây ra ngắn mạch bên trong cục bộ, dẫn đến sự tích tụ một lượng nhiệt lớn ở vùng ngắn mạch và gây ra sự lạm dụng nhiệt.

5 Kết luận

Hiệu suất an toàn của pin điện quyết định thị trường và tương lai của pin lithium-ion trong lĩnh vực điện. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất an toàn của pin điện chạy qua toàn bộ vòng đời của pin điện từ khi lựa chọn cell pin cho đến khi kết thúc sử dụng. Do đó, các lý do rất phức tạp và đa dạng, với mức độ phong phú. Năng lượng quỹ đạo nội tại, cấu trúc tinh thể và các đặc tính của chính vật liệu quyết định hiệu suất an toàn nội tại của cell pin; Mức độ hoàn hảo, tự động hóa và các điều kiện hình thành trong từng quy trình sản xuất cell pin quyết định hiệu suất an toàn của chúng, ảnh hưởng đến độ ổn định nhiệt của chúng;

Thật khó để tránh lỗi sản xuất và điều kiện làm việc khắc nghiệt đối với pin. Trong thực tế này, thiết kế BMS và an toàn trong tích hợp pin, bao gồm thiết kế các kế hoạch dự phòng cho tình trạng mất kiểm soát nhiệt của pin, đặc biệt quan trọng. Tóm lại, nghiên cứu về các vấn đề an toàn của pin điện lithium-ion là một nhiệm vụ dài và gian khổ. Chỉ bằng cách kết hợp lý thuyết với thực hành và liên tục đổi mới, họ mới có thể thực sự đạt được vinh quang trong lĩnh vực ứng dụng năng lượng cao/công suất cao.