¿Cuál es la pila de iones de litio más segura?
Probablemente haya visto en las noticias que la batería y la batería de iones de litio explotan y se queman. Pero hoy en día, nuestra vida diaria está rodeada de todo tipo de dispositivos electrónicos, no podemos vivir sin estos dispositivos electrónicos, y estos dispositivos electrónicos tampoco pueden vivir sin batería, especialmente la batería de iones de litio. Así que te preguntarás, ¿es segura la batería de iones de litio? ¿Cuál es la batería de iones de litio más segura? Este artículo responderá a sus dudas. Primero presentaremos varios tipos de baterías de litio, luego describiremos las medidas de seguridad y protección de la batería de iones de litio y, por último, explicaremos las desventajas de seguridad de los diferentes modelos de batería de iones de litio.
Modelo de batería de iones de litio
En la actualidad, existen tres tipos de pilas de iones de litio comerciales: cilíndricas, cuadradas y de paquete blando. La pila cilíndrica 18650 recibe este nombre principalmente por su diámetro de 18 mm y su longitud de 65 mm. Actualmente es la pila de iones de litio más grande del mundo, con una producción anual de unos 660 millones. En los vehículos eléctricos microhíbridos, salvo Tesla, que utiliza la pila 18650 de alta capacidad, casi todos los demás fabricantes utilizan la pila 18650 de baja capacidad. Para los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) y los vehículos eléctricos puros (BEV), los fabricantes suelen utilizar celdas rectangulares, cuadradas o de revestimiento blando de mayor tamaño. Este punto depende principalmente del sistema de alimentación del coche en cuanto al número de celdas necesarias. Las células más pequeñas requieren más conexiones para alcanzar el mismo voltaje y energía, lo que las hace más propensas a fallar cuando se ensamblan. Desde el punto de vista del OEM, un elevado número de celdas implica altos costes de mantenimiento después de la venta. En cifras, un paquete de baterías típico de Ford requiere más de 7.000 celdas pequeñas con más de 14.000 conexiones, frente a las 576 de un paquete de baterías grande. Una tasa de fallos de 14.000 conexiones es significativamente mayor que una tasa de fallos de 576 conexiones de celdas.
El Tesla Model-S utiliza la celda 18650 de Panasonic, que requiere unas 7.000 celdas para un pack de baterías de 85 kWh (un pack de baterías de 60 kWh requiere un número menor de celdas). La batería de 16 SkWh del Chevrolet Volt requiere 288 pilas blandas, mientras que el paquete de baterías de 24kWh de Nissan requiere 192 pilas blandas.
Desde su aparición, actualmente la producción en masa de la pila se divide principalmente en tres tipos: columnar, cuadrada y de paquete blando. Como ya se ha mencionado, la pila 18650 es actualmente la más productiva, y también se están produciendo algunas otras pilas columnares pequeñas: Como la 32330 de A123, la "swing" de 18 mm ×6 mm×5 mm de Boston Power y las celdas cuadradas "Sonata" (en realidad, una combinación de dos 18650). SAFT fabrica pilas columnares de gran tamaño. Estas pilas se utilizan mucho en la industria aeronáutica, aeroespacial y militar. La ventaja de la célula columnar es que la cáscara de metal que utiliza es la cáscara de acero o cáscara de acero recubierto de níquel y la cáscara de aluminio, esta cáscara de metal para ser destruido requiere una energía muy alta, y la cáscara de metal puede proporcionar "presión de extrusión" en la cáscara del núcleo de la bobina, garantizar la estabilidad estructural del núcleo de la bobina. En la actualidad, hay muchos proveedores de equipos de montaje y producción de células cilíndricas en el mercado.
Medidas de protección de la batería de iones de litio
Al igual que otras baterías, la batería de iones de litio tiene algunos problemas de seguridad inherentes. La batería de iones de litio libera esencialmente energía de un contenedor cerrado mediante condiciones específicas, y la cantidad de energía liberada depende aparentemente del tamaño de la batería. Además, la contaminación y los defectos en el proceso de fabricación de la batería pueden provocar pérdidas de energía o su abandono prematuro.
válvula de escape
Para reducir los riesgos de seguridad de la batería de iones de litio, los fabricantes tienen en cuenta algunas precauciones de seguridad en el diseño de la batería. Por ejemplo, si se instala una válvula de escape en una batería, se abrirá cuando el gas del interior alcance una determinada presión debido al fallo de la batería. La válvula de escape suele estar diseñada dentro de la célula. Existe una ligera diferencia entre las válvulas de escape de las baterías metálicas y las baterías blandas. Con el fin de predecir la zona de fallo, el paquete blando diseña marcas en forma de V u otras formas en la superficie. Sin estas marcas, es difícil para la célula soft pack predecir en qué parte se produce el fallo.
CID
El CID es un tipo de fusible que se instala dentro de una célula, normalmente en una caja metálica. Como su principio de funcionamiento se basa en los cambios de presión, no es adecuado para paquetes blandos. El CID interrumpe la corriente cuando la presión dentro de la célula supera un determinado valor.
PTC
Otro tipo de dispositivo de protección contra la dilatación es el coeficiente de temperatura positivo (PTC). Cuando la célula alcanza una temperatura determinada, el PTC se pone en marcha automáticamente y la conexión entre el circuito exterior de la célula y el núcleo de la bobina se interrumpe temporalmente. Cuando la temperatura del núcleo descienda, el circuito exterior del núcleo y la bobina se volverán a conectar automáticamente. La toma de fuerza tiene ciertos requisitos de voltaje, generalmente no más de 26V, por lo que sólo es adecuada para pequeñas fuentes de alimentación móviles.
Separador
El mencionado separador compuesto de tres capas y el separador con revestimiento cerámico también pueden desempeñar un papel importante en la mejora de la seguridad. En particular, el separador con revestimiento cerámico puede funcionar con normalidad a altas temperaturas, y el separador casi no se contrae después del revestimiento cerámico, lo que puede mejorar la probabilidad de superar la prueba de acupuntura.
La desventaja de los distintos modelos de batería de iones de litio
Además del menor tamaño de la célula cilíndrica pequeña, el sellado de la tapa también es difícil. En la actualidad, muchos fabricantes utilizan la tecnología de soldadura por láser, mientras que otros siguen empleando el proceso de engaste para sellar la célula. En SONY el uso temprano de la cáscara de acero inoxidable recubierto de níquel, recubrimiento de níquel se caerá de la hoja de acero en el proceso de engaste en el núcleo, lo que resulta en riesgos de cortocircuito interno, lo que resulta en productos electrónicos de consumo incendio, explosión y otros accidentes. En 2006, SONY retiró del mercado baterías por valor de unos $250 millones debido a problemas de seguridad relacionados con el proceso de prensado.
Otra desventaja de las células cilíndricas es su elevada impedancia inicial. Esto significa que las pilas cilíndricas tienen una mayor producción de calor que las cuadradas o las de polímero blando. Sin embargo, las pilas cilíndricas son pequeñas y su calor es más fácil de gestionar, por lo que el pack de pilas suele refrigerarse por aire para conseguir una refrigeración eficaz. Las pilas cilíndricas 18650 convencionales suelen utilizar medidas de protección CID y PTC, pero en las pilas grandes, CID y PTC son difíciles de aplicar. Las celdas cuadradas suelen estar envasadas en materiales de acero inoxidable, plástico o aluminio y se utilizan ampliamente en vehículos eléctricos. La aplicación de celdas de distintos tamaños puede referirse a la norma especificada por la Asociación Alemana de la Industria del Automóvil. La ventaja de las celdas cuadradas grandes es que el sistema tiene menos conexiones y mayor potencia. Menos conexiones significan menor riesgo de fallo de la batería.
El tercer tipo de batería de iones de litio tiene una célula de polímero, también conocida como paquete blando o célula laminada. Célula de polímero se refiere originalmente a la utilización de electrolito de polímero, se ha referido ampliamente como suave - célula revestida. Por supuesto, algunas personas piensan que las células de polímero de litio llevan el nombre de electrolitos poliméricos, mientras que otros llevan el nombre del material de embalaje, lo que ocasionalmente lleva a confusión. Por lo tanto, generalmente se denomina pila de revestimiento blando, que es más intuitiva y no es fácil de confundir.
Ahora muchos dispositivos electrónicos portátiles se han utilizado en la normalización de la célula flexible, tales como teléfonos móviles delgados y tabletas se utilizan en la célula flexible. Las células flexibles se pueden preparar en una variedad de formas, adecuadas para una variedad de sistemas de montaje. La mayor desventaja de la célula de paquete flexible es la escasa configuración de seguridad. Por lo general, es poco probable que el CID y el PTC estén presentes en la célula junto con la válvula de escape. Además, el paquete blando de baterías en el conjunto horizontal se aplica al mundo exterior para proporcionar la presión auxiliar para frenar el cambio de volumen con el fin de obtener un mejor rendimiento, la vida y la presión auxiliar requiere uniforme en todas las baterías, si la presión no es consistente, para ser limitado baterías internas de iones de litio, móviles, causando aumentos de impedancia de la célula, las baterías, acortar la vida útil, incluso conducir a la formación de dendrita de litio causado fallo de seguridad. Además, las células de revestimiento blando están encapsulados en polímeros, que son relativamente vulnerables a los daños durante el montaje de la célula, por lo que se debe tener cuidado durante el funcionamiento.
