Die Geschichte der Entwicklung von Lithiumbatterien - SONY-Fabrikbrand verursachte eine große Krise im Lithiumionengeschäft

Am Morgen des 4. November 1995 stieß SONY Battery, das tendenziell stetig wuchs, auf eine große Krise. Der Geschäftsbereich Batterie in Fukushima Koriyama - SONY Energy Technology Co., LTD. Produktionsstandort für lithium-ionen-batterien (LIB) brach in der Fabrik aus.

An diesem Tag reise ich gerade aus Übersee zurück, als die Sicherheitsbestätigung an seine Frau geht, um die Neuigkeiten zu erfahren. Ich konnte meinen Ohren nicht trauen, kontaktiere sofort die Fabrik, die Antwort ist, dass die Fabrik der Alterungsprüfkammer und zu Boden gebrannt wird, um die Kammer zu laden und zu entladen. Das Personal versuchte zwar, das Feuer vor dem Feuer zu löschen, um sich auszudehnen, aber ohne Erfolg.

* Alterungstest: LIB nicht unmittelbar nach der Produktion im Werk, sondern 1 ~ 2 Wochen nach dem Aufladen. Dies wird als Alterungstest bezeichnet. Es gibt zwei Zwecke. Ein Zweck ist es herauszufinden, dass die Dotierung ein Fremdkörper ist, der interne Stromkreis der Batterie. Wenn sich die Batterie anstelle der Selbstentladung befindet, sinkt der Druck auf der Batterieseite. Beseitigen Sie je nach Art eines Ortes zu einem bestimmten Zeitpunkt, an dem der Druckabfall getestet werden soll, den Druckabfall im Standard der Batterie. Ein weiterer Zweck liegt auf der Oberfläche der Kathoden-Kohlenstoffmembran-Bildung der Festelektrolyt-Grenzfläche (Fest-Elektrolyt-Grenzfläche, SEI). SEI ist hauptsächlich der Elektrolyt und unterstützende Elektrolyt-Zersetzungsprodukte, wie z auf der Oberfläche des Kohlenstoffs im Prozess des Alterungstests haben Elektronik durch die Festelektrolyteigenschaft von Ionen abgeschnitten. LIB-Kathode mit Lithiumverbindungen hat bereits eine starke Aktivität, schwere Reaktionen können zu Unfällen führen. SEI kann die Reaktion bis zu einem gewissen Grad hemmen, um heftige Reaktionen einzudämmen und die Sicherheit der LIB zu gewährleisten.

Um nicht in die "Liste der gefährlichen Güter" aufgenommen zu werden

Am nächsten Tag kann der Autor nicht über andere nachdenken, ging direkt zum Präfektur County Mountain. Fabrik zur Baustelle, sie sehen 3, 2. Stock, die Wand hat eine große Furche, wo ganze Teile fehlten. Wegen der Lade- und Entladekammer ohne Fenster geht der Feuerwehrschlauch nicht hinein, so dass die Feuerwehrleute mit dem Bagger ein Loch in die Wand öffnen mussten. Wende dich nach Osten, die Szene zuvor. Alle Wände des zweiten Stocks wurden niedergebrannt, kann sehen, dass der Boden innen schwarz wird. Sieht aus wie eine Schicht und drei Schichten weißer Wände zwischen dem schwarzen Gürtel, als ob ein Wirbel aus drei weißen schwarz-weißen Flaggen.

Da sich der Rauch in Innenräumen noch nicht verteilt hat, kann ich das Gelände am zweiten Tag, dh am 6. November, nicht betreten. Polizei und Feuerwehr haben mit der Erkundung des Feldes begonnen. SONY ist die Identität des Autors zu der Zeit, als er den Minister für Medien- und energiebatterieentwicklung, die Energieabteilung und die Fabrikfertigungsabteilung, die Abteilung für allgemeine Angelegenheiten und die Kollegen der Anlagenabteilung zusammen aufzeichnete, um den Explorationsprozess mitzuerleben.

Polizei Suchtechnologie-Gruppe ist wirklich real, mit den Experten ausgestattet, genau aus den technischen Problemen werden vorgebracht. Der Autor erklärte theoretisch, dass unter den Bedingungen des Nichtladens oder Entladens eine alternde Testbatterie keinen Grund zum Feuern haben könne. Die Polizei sagte die endgültige Genehmigung, es wird der Schluss gezogen, dass "kann nicht als Batteriefeuer betrachtet werden. Es ist nicht möglich, den Grund zu bestimmen, die Schlussfolgerung von" muss noch weiter untersucht werden.

Danach reise ich häufig zur Feuerwehr von Tokio und zur Bergfeuerwehr des Landkreises, wenn Feuerwehrleute in die Fabrik müssen, um ihnen zu erklären, dass die LIB keine gefährlichen Güter sind. Denn sobald sie in der Liste der gefährlichen Güter enthalten sind, werden sie im zukünftigen Geschäft gebunden sein. Wird im Werk gelagert, wird mehr als die vorgeschriebene Anzahl gefährlicher Güter registriert, Versandzeichen in der Ware auch dann, wenn die Worte "gefährliche Güter". Kann jedoch auf diesen Hut gesetzt werden.

Das Problem ist die Entwicklung und Herstellung von Kommunikation

Natürlich haben wir auch die Ursache des Feuers untersucht. Generell erfolgt die Lieferung von Batterien einschließlich mehrerer Sicherheitstests. Wir haben das Testprojekt des "Nagel" - und "Quetsch" -Tests wieder zurückgesetzt und die Teile untersucht, ob es ein Problem gibt.

Abbildung 2: LIB-Sicherheitstestprobe

Sicherheitstests einschließlich "Nagel", "Squeeze" usw. mehr als 50 Projekte.

Nachdem der Alterungstest LIB in ein Fach geladen hat, geben Sie einen Zeitraum ein. Die Anzahl der Test-LIBs beträgt normalerweise Zehntausende von Teilen. Die Entwicklungsabteilung hält das Tablett daher aus der Perspektive der Beseitigung versteckter Gefahren für flammhemmend. Die Bedeutung des Flammschutzmittels überträgt sich jedoch nicht genau auf den Mühlenstandort. Die Entwicklungsabteilung wusste es nicht, die Schale verwendete kein hochflammhemmendes Material, aber das Molekulargewicht von Polypropylen ist nicht groß. Fabrik, um die Kosten zu senken.

Durch Wiederholungstest wird die endgültige Schlussfolgerung gezogen: die geringe Wahrscheinlichkeit eines Batteriebrands, Feuerzündung aus einem anderen Grund, Feuer entzündete brennbare Schale. Wir haben festgestellt, dass laut Brenntest auf dem Tablett wirklich leicht zu feuern ist. Und der niedrige Schmelzpunkt von Polypropylen schmilzt, sobald es entzündet ist, und tropft wie Wachs, das von den brennenden Kerzen tropft. Der Brandort wurde oben im Regal identifiziert. Aufgrund der Eigenschaften der Schale wird das schmelzende Polypropylen kontinuierlich im Regal darunter liegen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Verbrennung der Wasserschale ein Feuer aus Polypropylen-Tröpfchenspritzern verursachen, das nicht feuern kann. Wenn das Tablett flammhemmend ist, breitet sich das Feuer niemals aus.

Es ist ein Grundprinzip des Sicherheitsmanagements "Heinrich-Regel". Dies ist die Versicherungsgesellschaft als Techniker in den USA hat heinrich durch Untersuchung, Analyse des Gesetzes von mehr als 5000 Arbeitsunfällen gefunden. Hinter einem schweren Unfall wird es 29 sekundäre Unfälle geben. Dahinter bei 29 Sekundärunfällen und 300 Sammelunfällen scheint es nicht erwähnenswert zu sein. Die Entdeckung, er ist auch als "1:29:30 0 Gesetz" bekannt. Vor dem Brand sollte zu viel ein kleiner Unfall sein, aber keine Aufmerksamkeit. Öffnen Sie Gao Jians Roman "Das letzte Abendmahl", das Wort "Die Flamme des Feuers muss sein, als Zigaretten eine starke Feuerflamme verursachen". Das Ergebnis ist wahr.

5 Monate Diskussion kommen zum Abschluss

Nach der Diskussion der Feuerwehr geht es weiter. Das Feuer brach nach drei Monaten des 9. Februar 1996 aus. Wir kamen an einem Tisch in der Nähe des Fensters zur Feuerwehrprävention in Tokio. Inspektionen der Klasse für gefährliche Güter und besprochenes Klassenpersonal sind die Ursache des Unfalls. Schreibtisch im Raum, dicht, gehäuft auf dem Schreibtisch und Bücherregal mit Akte. Obwohl das Herz des Autors "so viele Akten flüstert, brach ein Feuer in tausend zu tun" aus, zeigt aber keine Spur im Gesicht. Aus dem Fenster, um den Kaiser in der Hand Stadt zu sehen, ruhige Landschaft. Wir sind jedoch voller Bedenken über die Diskussionsergebnisse des Tages und zögern.

Wir sind vorsichtig und haben der Feuerwehr von Tokio, mehreren Sicherheitsbehörden und der Frage, warum wir die Vision des Experiments von einem Brand neu erstellen, geduldig das Prinzip und die Struktur der LIB erklärt. Diskutieren Sie das Ergebnis ist: Ohne die Funktionsweise der LIB-Verordnung zu ändern, kann das gleiche beibehalten werden. Im Moment war es nie einfach. Am 4. April 1996, danach nehmen wir die Meinungen der Feuerwehr von Tokio ein, und das Treffen der Feuerwehr des Bergbezirks für 4 Stunden kommt schließlich zu dem Schluss, dass die LIB nicht zu gefährlichen Gütern gehört.

Auf diese Weise wird die Kenntnis des Brandunfalls. Weiter, um Gegenmaßnahmen zu entwickeln, um ein Wiederauftreten solcher Probleme zu vermeiden. Das Feuer ereignete sich in der SONY-eigenen Fabrik, wir erkennen an Pech, dürfen aber nicht der gleiche Unfall in den Fabriken und am Ende des Personalcomputers sein, Handy-Unternehmensbenutzer dort.

Um ein Überladen und Entladen zu verhindern

Das Folgende wird nach dem Unfall vorgestellt, wir haben die Sicherheitstechnologie in der LIB.LIB unter Verwendung von organischem Lösungsmittel als Elektrolyt, Kathode mit Lithium- und Kohlenstoffverbindungen ausgestattet, ist vollständig die Brennelementanordnung. Darüber hinaus ist enorme Energie in einem engen Raum eingeschlossen. Batterie bei Gebrauch, Energie wird ein wenig freigesetzt, wenn überhaupt, wird ein Unfall verursacht. Um dies zu verhindern, müssen daher mehrere LIB-Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden. Das Prinzip der Gegenmaßnahme besteht darin, ein Überladen und Entladen zu verhindern.

Die zylindertypische Struktur ist die Flocke des Positivs und der Membran, die negative Überlappung und das Einrollen in ein Rohr, das Eintauchen in den Elektrolyten als Ganzes (zum Vergrößern anklicken).

Die erste Reaktion ist eine mechanische Verbindung (mechanische Verbindung, auch als Stromunterbrechungsvorrichtung bezeichnet) (Abbildung 3). Dies ist der Fall, wenn der Innendruck der Batterie aufgrund eines abnormalen Anstiegs durch Abschneiden der positiven Leitung den Strom vom Gerät trennt. Die Anodenkabelverbindung oben am hervorstehenden Leistungsschalter

Ausschaltvorgang mit Hilfe des positiven Elektroden-Aktivmaterials LiCoO2 unter Zugabe einer kleinen Menge Lithiumcarbonat (Li2CO3). Wenn die Batterie nach dem Laden eine Spannung von etwa 4,3 V aufweist, erzeugt die Zersetzung von Lithiumcarbonat Kohlendioxidgas. Gasdruck macht den Druck in der Batterie, Leistungsschalter wurden hochgeschoben, führen zum Abschneiden des Schweißdrahtes.

Wenn Sie das positive aktive Material herstellen möchten, das eine kleine Menge Lithiumcarbonat enthält, müssen Sie es nur geringfügig anpassen, wenn Sie eine LiCoO2.LiCoO2-Synthese mittels gemischter Kalzinierung von Co3O4 und Lithiumcarbonat erzeugen. Bei der Synthese ist die Dosierung von Lithiumcarbonat höher als die Nachfrage. Infolgedessen reagiert eine kleine Menge überschüssigen Lithiumcarbonats nicht, Rückstände in der Anode.

Wenn ein interner Kurzschluss zu einer höheren Temperatur und einem höheren Innendruck führt, wurde der Leitungsschutzschalter hochgeschoben und die positive Leitung des Schweißens abgeschnitten. (Zum Vergrößern klicken)

Verwenden Sie eine natürliche Membran, um den Stromkreis abzuschalten

Durch SEM-Beobachtung viele mikroporöse Membranoberflächenverteilung. Mit elektroytischer mikroporöser Speicherbildung ionenleitender Kanal zwischen den Elektroden (zum Vergrößern klicken)

Das Diaphragma spielt auch eine wichtige Rolle bei den Sicherheitsgegenmaßnahmen der LIB. Die Membran verwendet normalerweise eine mikroporöse Membran aus Polyethylen (PE). Aus REM-Fotos auf der Oberfläche der PE-Membran ergab sich, dass der Durchmesser von PE-Fibrillen im Submikronbereich (dünner als eine Faser wird als "Fibrille" bezeichnet) ein dünnes Kissen bildete, ähnlich dem Vlies, das auch viele Submikronqualitäten aufweist von mikroporös (Abbildung 5).

Beim Laden und Entladen von Li + (Li-Ion) durch die Poren erfolgt die Bewegung zwischen den Kathoden. Wenn die Batterietemperatur aufgrund eines falschen Anstiegsvorgangs je nach Molekulargewicht anomal ist, schmilzt das PE bei einer Temperatur von 120 bis 130 ° C und verstopft die Poren. Damit sich das Lithiumion nicht bewegen kann, trennen oder trennen Sie den Strom. Dieses Phänomen wird als "Membran abgeschnitten" bezeichnet.

Theorie zwar, aber nicht so gut. PC-Netzteil, wie beispielsweise der Durchmesser von 18 mm x 65 mm der "18650" -Batterie nutzbare Grundfläche von etwa 350 ~ 400 cm2 zwei Teile der Membran. Die Fläche ist so groß, dass es sehr schwierig ist, die Membran gleichzeitig vollständig abzuschneiden. Zur gleichen Zeit, um die Mittel abzuschneiden, um einen beträchtlichen Bereich von Erweichungspunkten in PE nach Erreichen einer bestimmten Temperatur zu haben, alle Bereiche und gleichzeitig zu erweichen.

Und wenn man lokal weich macht, werden stattdessen Probleme ernst. Lokale Erweichung tritt auf, Lithiumionenkonzentration durch den mikroporösen Teil nicht geschlossen, Bildung von großem Strom durch den Bereich. Und die Erweichung der PE-Festigkeit ist gering, es ist leicht zu brechen (als "Durchschlag" bezeichnet), sogar direkt zu einem positiven negativen "Kurzschluss" zu führen, sehr gefährlich.

Verlassen Sie sich auf Freunde, um das Problem zu lösen

Wie sollte in diesem Fall gelöst werden? Die Antwort ist einfach: das kristalline Polymer als Membran. Kristallines Polymer ist kein mehrdeutiger Erweichungspunkt, sondern Schmelztemperatur, Schmelzpunkt. Mit dem speziellen Lösungsmittelmolekulargewicht von PE (Uhmw PE) aus Gel in beiden Richtungen entlang der vertikalen Zuggelmembran (Zweiwege-Dehnung) erhalten Sie den richtigen Film (mikroporöse Membran). Dieser Film besteht aus hochkristallinen Fibrillen Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Schmelzviskosität von PE mit ultrahohem Molekulargewicht groß ist und keine Liquidität vorhanden ist. Daher kann der Temperaturabbau um Dutzende ℃ höher sein als beim Schneiden Temperatur.

Wir haben, um die Eigenschaften des Diaphragmas zu finden, die Vielfalt der Versuchsproduktion, aber keine guten Ergebnisse erzielt. Am Ende löste ein Freund oder ein das Problem. Am 25. Dezember 1991 im Forschungs- und Entwicklungspersonal zu tun, als wir das realisierbare Diaphragma bekamen. Es waren Weihnachtsgeschenke vom Weihnachtsmann, der "Weihnachtsmann" ist ein halbes Trikot für die Klassenkameraden der High School.

Der Autor mit einem Trikot in Sapporo, Hokkaido, war drei Jahre lang Klassenkamerad an einer High School. 1991 war er Direktor des Chemieunternehmens für die Herstellung von Membranen im Osten. Nach dem Fortschritt reibungslos. Ein halbes Trikot aus Membran, obwohl es Mängel gibt, aber wir arbeiten zusammen, um die Zugfestigkeit, Dicke, Porengrößenverteilung, Porositätsgrad, Luftdurchlässigkeit und andere Eigenschaften zu optimieren, die schließlich erreicht werden können, um in die Praxis umgesetzt zu werden.

Das PTC-Element wird verwendet, um das Abschneiden zu vermeiden

Sobald die mechanische Verbindung und die Membran gestartet sind, wird die Batterie verschrottet. Daher haben wir auch für LIB eine reversible Sicherheitsvorrichtung angeschlossen, die das PTC-Element ist. Ist PTC (positiver Temperaturkoeffizient), hat den positiven Temperaturgradienten, der aus in der Polymermatrix dispergierten Kohlenstoffpartikeln gebildet wird. Bei Raumtemperatur berühren sich Kohlenstoffpartikel, Komponenten mit geringem Widerstand. Mit steigender Batterietemperatur tritt eine Inflation in der Polymermatrix auf und der Kontakt zwischen Kohlenstoffpartikeln nimmt ab. Dadurch wird der Widerstand des Elements erhöht. Unterbrechen Sie daher den Lade- und Entladestrom. Die Temperatur wird als "Auslösung" bezeichnet. PTC-Element zwischen Leistungsschalter und Anodenleitungsabdeckung. Nach dem Absenken der Temperatur kann der Widerstand des wiederherstellbaren Elements das PTC-Element daher als Temperatur des umschaltbaren Schalters festlegen.

Wie oben erwähnt, beträgt die Membran der Schneidetemperatur etwa 130 ° C. Solange die Auslösetemperatur des PTC-Elements niedriger als die Temperatur von 100 bis 110 ° C eingestellt ist, z wird der erste sein, der startet. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Membran das Kabel zu dauerhaftem Batterieabfall abschneidet.

Aber um alle hier daran zu erinnern, wird angenommen, dass die Temperatur des umschaltbaren Schalters die LIB verursacht, wenn kein abnormales Fieber festgestellt wird. Der wahre Grund ist die Verwendung, es ist wahrscheinlich gefährlich.

Eine letzte Festung Sicherheitsbehörden ist der Schutz der Schaltung, nämlich BMU (Batteriemanagement-Einheit). BMU gehört zur elektronischen Schaltung, kann reichhaltige Funktionen hinzufügen. Seine Grundfunktion besteht darin, den Zustand der Batterie zu überwachen, Überladung, Überentladung usw. zu verhindern.

Zusätzlich zu den Sicherheitsdiensten haben wir vor der Auslieferung eine strenge Inspektion durchgeführt. Möchten Sie eine Vielzahl von Tests durchführen, nur qualifizierte Charge an das Werk. Beim Nageltest befinden sich die Nägel beispielsweise in der gesamten Batterie. Extrusionstests werden senkrecht zur Batterie der Stahlstange verwendet, werden auf den Durchmesser von etwa einem Viertel eines Feuers zerkleinert oder Rauch ist nicht qualifiziert. Informationen zum Nageltest: Aufgrund der Dicke wirken sich die Geschwindigkeit des Einführens des Nagels und das Einsetzen der Batterieteile auf die Testergebnisse aus. Daher wurde der Test unter den anspruchsvollsten Bedingungen durchgeführt.

Zusammenfassend haben wir für die LIB mehrere Sicherheitsmaßnahmen verabschiedet und eine Reihe strenger Tests durchgeführt, nur die Lieferung qualifizierter Chargen. Trotzdem hat die LIB einen Unfall.

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