История разработки литиевых батарей - пожар на заводе SONY вызвал большой кризис в литиево-ионном бизнесе

Утром 4 ноября 1995 года компания SONY Battery, которая имела тенденцию к стабильному росту, столкнулась с серьезным кризисом. В производственном подразделении по производству литий-ионных аккумуляторов (LIB) компании SONY Energy Technology Co., LTD, расположенном в Фукусиме, Корияма, произошел пожар на заводе.

В тот день я просто возвращаюсь из-за границы, когда подтверждение безопасности жене, чтобы узнать новости. Я не поверил своим ушам, немедленно обращаюсь на завод, ответ таков, что на заводе испытательная камера на старение сгорела дотла, чтобы зарядить и разрядить камеру. Хотя сотрудники пытались потушить огонь до того, как огонь расширился, но безуспешно.

* испытание на старение: LIB не выключается сразу после заводского изготовления, а размещается через 1-2 недели после зарядки. Это называется тестом на старение. Есть две цели. Одна из целей - выяснить, допинг - это инородное тело, внутренняя цепь батареи. Когда аккумулятор на месте саморазряда, падение давления на стороне аккумулятора. В зависимости от характера места в определенное время, чтобы проверить падение давления, исключите падение давления в стандартной батарее. Другой целью является образование на поверхности катодной углеродной мембраны границы раздела твердого электролита (Solid-Electrolyte Interface, SEI) .SEI - это в основном электролит и вспомогательные продукты разложения электролита, такие как функциональные группы углерода на поверхности композитной пленки, прилипание на поверхности углерода в процессе испытания на старение, отключили электронику, благодаря свойству твердого электролита ion.LIB катод с использованием соединений лития, уже имеет сильную активность, серьезные реакции могут привести к несчастным случаям. SEI может до некоторой степени подавлять реакцию, сдерживать бурную реакцию и обеспечивать безопасность LIB.

Чтобы не попасть в «список опасных грузов»

На следующий день автор не может считаться другим, направился прямиком в префектуру уезда гора. Заводится на участок, видят 3, второй этаж, в стене большие выбоины, где целые куски отсутствовали. Из-за того, что зарядно-разрядная камера без окон, пожарный шланг в нее не заходил, поэтому пожарным пришлось на экскаваторе вскрыть дыру в стене. Повернитесь на восток, сцена прежде никогда. Все стены второго этажа сгорели, видно, пол стал черным внутри. Выглядит как слой и три слоя белых стен между черным поясом, как будто удар из трех белых и черных флагов.

Поскольку дым в помещении еще не рассеялся, я не могу зайти на площадку днем, второй день, то есть 6 ноября, милиция и пожарная часть начали разведку поля. СОНИ - личность автора в то время, когда министр записывающих носителей и отдела разработки энергетических батарей, отдел энергетики и производственный отдел, отдел общих дел и коллеги из отдела материально-технического обеспечения вместе стали свидетелями процесса исследования.

Полицейская группа поисковой техники действительно настоящая, укомплектованная специалистами, именно из технических проблем выдвигаются. Автор теоретически объяснил, что в условиях отсутствия заряда или разряда допустимый тест на старение батареи не может иметь причин для возгорания. Полиция сказала окончательное утверждение, сделан вывод, что «не может рассматриваться как пожар батареи. Он не может определить причину, заключение» по-прежнему требует дальнейшего расследования.

После этого я часто езжу в пожарную часть Токио и в окружное управление горной пожарной охраны, когда пожарные на фабрике также должны объяснять им, что LIB не является опасным товаром. Потому что, как только они попадут в список опасных грузов, они будут связаны в будущем бизнесе. Хранится на заводе будет регистрировать превышение установленного количества опасных грузов, отгрузочная марка в товарах даже при словах «опасные грузы». Впрочем, эту шапку можно надеть.

Проблема в разработке и производстве средств связи.

Мы, конечно же, выяснили причину пожара. Вообще говоря, поставка аккумуляторов включает многократную проверку безопасности. Мы снова поставили тестовый проект на «гвоздь» и «на сжатие», и исследовали детали, нет ли проблем.

Рисунок 2: Образец теста безопасности LIB

Тестирование безопасности, включая «гвоздь», «сжатие» и так далее, более чем на 50 проектах.

После испытания на старение необходимо загрузить LIB в лоток, поставить на время. Количество тестовых LIB обычно исчисляется десятками тысяч штук. Поэтому отдел развития с точки зрения устранения скрытых опасностей считает лоток негорючим. Однако важность огнестойких добавок не может быть точно отражена на заводе. Отдел развития этого не знал, лоток не использует огнестойкий материал, но молекулярный вес полипропилена невелик. Завод в целях удешевления.

Путем повторных испытаний делается окончательный вывод: малая вероятность возгорания батареи, возгорания пожара по какой-либо другой причине возгорается горючий поддон. Мы обнаружили, что согласно проведенным испытаниям на горение на подносе действительно легко поджечь. А полипропилен с низкой температурой плавления после воспламенения будет плавиться, стуча каплями вниз, как воск, капающий с зажженных свечей. Местом возгорания определили верхнюю часть полки. Благодаря свойствам лотка, полипропилен плавится постоянно на полке под ним. В этот момент возгорание водяного поддона может вызвать возгорание брызг капель полипропилена, которые не могут загореться. Если лоток обладает огнестойкостью, огонь никогда не распространится.

Это основной принцип управления безопасностью "правило Генриха". Это страховая компания, поскольку технический специалист в Соединенных Штатах Америки провел расследование, анализ закона о более чем 5000 обнаруженных несчастных случаях на производстве. За крупной аварией будет 29 вторичных аварий. Позади 29 вторичных ДТП и 300 коллективных ДТП, кажется, не стоит и упоминать. Открытие он также известен как «Закон 1:29:30 0». Перед пожаром, должно быть слишком много мелкой аварии, но без внимания. Откройте роман Гао Цзянь «Тайная вечеря», слово «пламя огня должно быть, чем сигареты вызывают сильное пламя огня». Результат верный.

5 месяцев дискуссий пришли к выводу

После обсуждение пожарных продолжается. Пожар вспыхнул через 3 месяца, 9 февраля 1996 года, мы приехали в отдел пожарной безопасности Токио, за столиком у окна, и инспекции классов опасных грузов и классный персонал, который обсуждали, являются причиной аварии. Письменный стол в комнате, плотный, на столе и книжный шкаф с напильником навалены. Хотя сердце автора шепчет «столько файлов, пожар вспыхнул на тысячу дел», но не показать на лице и следа. За окном император в руке город, тихие пейзажи. Но, в нашей голове полно беспокойства по поводу результатов сегодняшнего обсуждения с неуверенностью.

Мы осторожно, терпеливо объяснили принцип и структуру LIB пожарной части Токио, нескольким службам безопасности и объяснили, почему мы воссоздали видение пожара в эксперименте. Обсудите результат: не меняя работу регулирования LIB, можно поддерживать то же самое. На данный момент это никогда не было простым. 4 апреля 1996 года, после этого, мы принимаем заключения пожарной службы Токио, и собрание пожарной службы горного округа в течение 4 часов, наконец, получает заключение LIB не относится к опасным грузам.

Таким образом, осведомленность о пожарной аварии. Далее разработать меры противодействия, чтобы исключить повторение подобных проблем. Пожар произошел на собственном заводе SONY, мы признаем неудачливыми, но не должно быть такой же аварии на заводах, и конец персонального компьютера, корпоративных пользователей мобильных телефонов там.

Чтобы предотвратить перезарядку и разрядку

Следующее будет представлено после аварии, у нас есть технология безопасности в LIB.LIB, использующая органический растворитель в качестве электролита, катод, снабженный соединениями лития и углерода, полностью представляет собой тепловыделяющую сборку. Более того, огромная энергия заключена в узком пространстве. Батарея при использовании, энергия выделяется немного, если вообще погаснет, вызовет аварию. Следовательно, чтобы предотвратить это, необходимо принять несколько мер безопасности LIB. Принцип противодействия заключается в предотвращении чрезмерного заряда и разряда.

Цилиндрический тип конструкции представляет собой пластинку положительного элемента и диафрагмы, отрицательное перекрытие и сворачивание в трубчатое, погружение в электролит в целом. (Нажмите, чтобы увеличить)

Первым ответом является механическое соединение (механическое соединение, также называемое устройством отключения тока) (рис. 3). Это когда внутреннее давление батареи повышается из-за ненормального, отключение положительного провода приводит к отключению устройства по току. Соединение анодного вывода в верхней части автоматического выключателя с выступающим проводом.

Операция отключения с помощью активного материала положительного электрода LiCoO2 с добавлением небольшого количества карбоната лития (Li2CO3) способом. Когда аккумулятор после зарядки, напряжение около 4,3 В, при разложении карбоната лития образуется углекислый газ. Давление газа создает давление внутри батареи, выключатель был выдвинут вверх, чтобы отрезать сварочную проволоку.

Если вы хотите сделать положительный активный материал, содержащий небольшое количество карбоната лития, вам просто нужно немного отрегулировать при синтезе LiCoO2LiCoO2 с помощью смешанного прокаливания Co3O4 и карбоната лития. Синтез, дозировка карбоната лития больше, чем требуется. В результате небольшое количество избыточного карбоната лития не вступит в реакцию, останется на аноде.

Когда внутреннее короткое замыкание приводит к более высокой температуре и внутреннему давлению, свинцовый автоматический выключатель был выдвинут вверх, отключив положительный провод сварки. (Щелкните, чтобы увеличить)

Использование естественной диафрагмы для отключения цепи

Через наблюдение SEM, многие микропористые мембранные распределения поверхности. С образованием микропористой памяти электролита ионопроводящий канал между электродами. (Нажмите, чтобы увеличить)

Мембрана также играет важную роль в мерах безопасности LIB. В диафрагме обычно используется микропористая мембрана из полиэтилена (PE). Судя по фотографиям, сделанным на сканирующем электронном микроскопе на поверхности полиэтиленовой мембраны, диаметр полиэтиленовых фибрилл субмикронных сортов (более тонких, чем волокно называется «фибрилла») формирует тонкую подушку, похожую на нетканый материал, он также имеет множество субмикронных сортов микропористой (рисунок 5).

При зарядке и разрядке Li + (li-ion) через поры перемещаются между катодами. Когда температура батареи отклоняется от нормы из-за неправильной операции повышения, в соответствии с разной молекулярной массой, полиэтилен плавится при температуре 120 ~ 130 ℃, закупоривая поры. Чтобы ион лития не мог двигаться, отключите ток заряда или разряда. Это явление называется «отсечка диафрагмы».

Теория, правда, но не очень. Источник питания ПК, например, такой как диаметр 18 мм x 65 мм батареи «18650» полезная площадь пола около 350 ~ 400 см2 две части диафрагмы. Площадь настолько велика, что диафрагму очень сложно отрезать целиком одновременно. При этом срезать средства, чтобы иметь значительный диапазон температуры размягчения у ПЭ после достижения определенной температуры всех участков и одновременно размягчаться.

И, если кто-то является локальным смягчением, вместо этого проблемы станут серьезными. Происходит локальное размягчение, концентрация ионов лития через микропористую часть не закрывается, образование большого тока через область. И размягчение прочности PE низкое, его легко разорвать (так называемый «пробой»), даже привести к прямому положительному отрицательному «короткому замыканию», что очень опасно.

Положитесь на друзей в решении проблемы

В таком случае, как решить? Ответ прост: кристаллический полимер как диафрагма. Кристаллический полимер не имеет однозначной точки размягчения, вместо температуры плавления, точки плавления. Используя специальный растворитель с молекулярной массой PE (uhmw PE), сделанный из геля, в обоих направлениях вдоль вертикальной растягивающейся гелевой мембраны (двустороннее растяжение) можно получить нужную пленку (микропористую мембрану). Эта пленка состоит из высококристаллических фибрилл. , имеют определенную температуру плавления (например, 130 ℃). Еще одним преимуществом является то, что вязкость расплава полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы велика, и не было жидкости, поэтому разрушение температуры может быть на десятки ℃ выше, чем резка. температура.

Мы, чтобы найти характеристики диафрагмы, разнообразие пробного производства, но не было хороших результатов. В конце концов, друг или кто-то решил проблему. 25 декабря 1991 года, в отделе исследований и разработок, когда мы получили подходящую диафрагму. Это были рождественские подарки от Деда Мороза, «Дед Мороз» - наполовину майка для одноклассников.

Автор с майкой в Саппоро, Хоккайдо, в одноклассниках в течение трех лет. В 1991 году он занимал должность директора восточной химической компании по производству диафрагм. После прогресса плавно. Половина трикотажа диафрагмы, хотя и есть недостатки, но мы работаем вместе, чтобы оптимизировать прочность на разрыв, толщину, распределение пор по размерам, степень пористости, воздухопроницаемость и другие свойства, наконец, достигли практического уровня.

Элемент PTC используется, чтобы избежать отключения

После запуска механического соединения и диафрагмы аккумулятор будет утилизирован. Поэтому мы также к LIB присоединили обратимое предохранительное устройство, это элемент PTC. Является PTC (положительный температурный коэффициент), имеет положительный температурный градиент, образованный частицами углерода, диспергированными в полимерной матрице. При комнатной температуре частицы углерода контактируют друг с другом - компоненты с низким сопротивлением. По мере повышения температуры батареи в полимерной матрице происходит надувание, и контакт между частицами углерода уменьшается. Это сделает сопротивление элемента, поэтому отключите ток заряда и разряда, температура называется «отключением». Элемент PTC между автоматическим выключателем и крышкой анодного вывода. После понижения температуры сопротивление элемента может быть восстановлено, поэтому элемент PTC может использоваться в качестве температуры реверсивного переключателя.

Как упоминалось выше, температура резки диафрагмы составляет около 130 ℃. Пока температура срабатывания элемента PTC установлена ниже, чем температура, 100 ~ 110 ℃, например, при аномальной температуре, реверсивный переключатель элемента PTC будет первым, кто стартует. Таким образом, можно избежать перерезания диафрагмы провода в постоянный лом аккумуляторной батареи.

Но хочу напомнить всем здесь, считается, что температура реверсивного переключателя приведет к тому, что LIB в случае не обнаруженной ненормальной лихорадки, настоящая причина должна быть введена в действие, это может вызвать опасность.

Агентства безопасности заключительной крепости должны защитить цепь, а именно BMU (блок управления батареей) .BMU принадлежит к электронной схеме, может добавить богатую функцию. Его основная функция заключается в мониторинге состояния батареи, предотвращении перезарядки, разрядки и т. Д.

И, помимо службы безопасности, мы также устанавливаем строгий контроль перед доставкой. Хотите провести различные испытания, только квалифицированную партию на завод. Например, в гвоздевом тесте гвозди будут по всей батарее; Испытания на экструзию будут использовать перпендикулярно батарее стальной стержень, который будет раздавлен до диаметра около четверти от огня или дыма. Что касается теста гвоздя, из-за толщины, скорости введения гвоздя и вставки элементов батареи будут влиять на результаты теста, поэтому тест проводился в самых сложных условиях.

Подводя итог, у нас есть для LIB приняты несколько мер безопасности, и реализация ряда строгих тестов, только поставка квалифицированной партии. Тем не менее, LIB попал в аварию.

Страница содержит содержимое машинного перевода.