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La importancia de la seguridad de las baterías de iones de litio - Parte 2

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La importancia de la seguridad de las baterías de iones de litio - Parte 2

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2 Celda de la batería

En general, el proceso de fabricación de las baterías de iones de litio incluye pasos como la mezcla de materiales de electrodos positivos y negativos, el revestimiento, el laminado, el corte, el bobinado o apilado, la soldadura de la oreja del electrodo, la inyección de líquido, el sellado, la formación, el escape y la separación de la capacidad. Cada uno de estos procesos puede provocar un aumento de la resistencia interna de la batería o un cortocircuito, con los consiguientes problemas de seguridad.

Por ejemplo, una relación de capacidad incorrecta entre los electrodos positivo y negativo puede provocar cortocircuitos internos, causados por la deposición de una gran cantidad de litio metálico en la superficie del electrodo negativo; una uniformidad insuficiente de la lechada puede provocar cortocircuitos internos, causados por una distribución desigual de las partículas activas que provoca cambios significativos en el volumen del electrodo negativo durante la carga y la descarga, lo que provoca la precipitación del litio, o por un aumento de la resistencia interna causado por una lechada excesivamente fina;

Un control deficiente de la calidad del revestimiento también puede provocar la descamación de las sustancias activas o cortocircuitos internos. Durante el proceso de soldadura, las soldaduras virtuales (entre las piezas de los electrodos positivo y negativo y la oreja, entre la pieza del electrodo positivo y la cubierta, entre la pieza del electrodo negativo y la carcasa, etc.), el polvo del material, el papel de diafragma pequeño o mal acolchado, los agujeros en el diafragma y las rebabas sin limpiar pueden constituir peligros para la seguridad.

Además, la calidad de la formación de la película SEI durante el paso de formación determina directamente el rendimiento cíclico y de seguridad de la batería, afectando a su estabilidad de inserción del litio y a su estabilidad térmica. Los factores que afectan a la formación de la película SEI incluyen los tipos de materiales de carbono del electrodo negativo, electrolitos y disolventes, el control de la densidad de corriente, la temperatura y la presión durante la formación. Seleccionando los materiales adecuados y ajustando los parámetros del proceso de formación, se puede mejorar la calidad de la formación de la película SEI, aumentando así las prestaciones de seguridad de la célula de la batería.

3 Seguridad térmica

3.1 BMS Sistema de gestión de baterías

Los sistemas de gestión de baterías (BMS) son muy esperados en el uso de baterías de potencia. El sistema de gestión tiene que gestionar la batería y su consistencia para lograr el máximo almacenamiento de energía, eficiencia de ida y vuelta y seguridad en diferentes condiciones (temperatura, altitud, tasa máxima, estado de carga, duración del ciclo, etc.). El BMS incluye algunos módulos comunes: colector de datos, unidad de comunicación y modelo de evaluación del estado de la batería (SOC, SOH, SOP, etc.). Con el desarrollo de las baterías eléctricas, cada vez son más estrictos los requisitos para la capacidad de gestión del BMS. Añadiendo algunos módulos de seguridad, como la gestión del calor y la supervisión de la alta tensión, se espera mejorar la seguridad y fiabilidad de las baterías durante su uso

3.2 Fuga térmica

El desbordamiento térmico de la batería puede tener consecuencias destructivas como la formación de humo, el incendio y la explosión, poniendo en peligro la seguridad personal del usuario. Aunque se elija el método de configuración teóricamente más seguro, no basta para dar tranquilidad a la gente. Por muy razonables que sean el diseño y la fabricación de las pilas, no se pueden evitar situaciones inesperadas durante su uso. Sólo un diseño razonable de integración de la batería puede permitir que la pila de baterías detenga las pérdidas en caso de problemas con las celdas de la batería

4 Abuso de las baterías

Las baterías de iones de litio son impecables incluso en el proceso de integración mencionado anteriormente, y es difícil evitar el abuso en las condiciones reales de funcionamiento de los usuarios. El sistema de carga y descarga (sobrecarga y descarga), la temperatura ambiental (cámara de temperatura), otras condiciones (penetración de clavos, aplastamiento, cortocircuito interno) y las condiciones de prueba de humedad ambiental recientemente añadidas (inmersión en agua de mar) son motivos de problemas de seguridad causados por el abuso.

La sobrecarga puede provocar el atrapamiento del campo cristalino del material activo del electrodo positivo, obstaculizar el canal de desintercalación de iones de litio, provocar un fuerte aumento de la resistencia interna, generar una gran cantidad de calor Joule y reducir la capacidad de intercalación de litio del material activo del electrodo negativo, lo que provoca la ramificación del litio y cortocircuitos. El sobrecalentamiento de la temperatura ambiente puede provocar reacciones en cadena dentro de las baterías de iones de litio, como la fusión del separador, la reacción entre el material activo y el electrolito, la descomposición del electrodo positivo/película de ES/solvente, y la reacción entre el electrodo negativo incrustado de litio y el aglutinante. Tanto la acupuntura como la compresión provocan cortocircuitos internos a nivel local, lo que conduce a la acumulación de una gran cantidad de calor en la zona del cortocircuito y causa abuso térmico.

5 Conclusiones

Las prestaciones de seguridad de las pilas eléctricas determinan el mercado y el futuro de las pilas de iones de litio en el campo de la energía. Los factores que afectan al rendimiento de seguridad de las baterías eléctricas se extienden a lo largo de todo el ciclo de vida de las baterías eléctricas, desde la selección de la célula de la batería hasta el final de su uso. Por lo tanto, las razones son complejas y diversas, con ricos niveles. La energía orbital intrínseca, la estructura cristalina y las propiedades del propio material determinan el rendimiento de seguridad intrínseco de una célula de batería; el grado de excelencia, automatización y condiciones de formación en cada proceso de fabricación de las células de batería determinan su rendimiento de seguridad, que afecta a su estabilidad térmica;

Es difícil evitar los errores de fabricación y las condiciones de trabajo abusivas de las pilas. En esta realidad, el diseño de BMS y la seguridad en la integración de baterías, incluyendo el diseño de planes de contingencia para el desbocamiento térmico de las baterías, es particularmente importante. En resumen, la investigación sobre los problemas de seguridad de las baterías eléctricas de iones de litio es una tarea larga y ardua. Sólo combinando la teoría con la práctica e innovando constantemente podrán alcanzar realmente su gloria en el campo de las aplicaciones de alta energía/alta potencia.