La historia del desarrollo de baterías de litio: el incendio de una fábrica de SONY provocó una gran crisis en el negocio de iones de litio

En la mañana del 4 de noviembre de 1995, SONY Battery, que tendía a crecer de manera constante, se encontró con una gran crisis. La unidad de negocios de baterías ubicada en Fukushima Koriyama - el sitio de fabricación de baterías de iones de litio (LIB) de SONY Energy Technology Co., LTD se incendió en la fábrica.

Ese día, viajé de regreso desde el extranjero, cuando la confirmación de seguridad a su esposa para enterarse de la noticia. No podía creer lo que oía, comuníquese de inmediato con la fábrica, la respuesta es que la fábrica de la cámara de prueba de envejecimiento y se quemó hasta los cimientos para cargar y descargar la cámara. Aunque el personal intentó apagar el fuego antes que el fuego para expandirse, pero sin éxito.

* prueba de envejecimiento: LIB no sale inmediatamente después de la producción en fábrica, sino que se coloca entre 1 y 2 semanas después de la carga. A esto se le llama prueba de envejecimiento. Hay dos propósitos. Uno de los propósitos es descubrir que el dopaje es un cuerpo extraño, el circuito interno de la batería. Cuando la batería en lugar de autodescarga, caída de presión del lado de la batería. Según la naturaleza de un lugar en un momento determinado para probar la caída de presión, elimine la caída de presión en el estándar de la batería. Otro propósito es en la superficie de la formación de la membrana de carbono del cátodo de la interfaz de electrolito sólido (interfaz de electrolito sólido, SEI) .SEI es principalmente el electrolito y los productos de descomposición del electrolito de soporte, como los grupos funcionales de carbono en la superficie de la película compuesta, barra en la superficie del carbono en el proceso de prueba de envejecimiento, se han cortado los componentes electrónicos, a través de la propiedad de electrolito sólido del cátodo ion.LIB que utiliza compuestos de litio, ya tiene una fuerte actividad, las reacciones severas pueden provocar accidentes. SEI puede inhibir la reacción hasta cierto punto, para frenar la reacción violenta, para garantizar la seguridad del LIB.

Para evitar ser incluido en la "lista de mercancías peligrosas"

Al día siguiente, el autor no puede considerar otro, fue directamente a la montaña del condado de la prefectura. Fábrica al sitio, ven 3, segundo piso, la pared tiene unas grandes hendiduras donde faltaban piezas enteras. Debido a la cámara de carga y descarga sin ventanas, la manguera contra incendios no entra, por lo que los bomberos tuvieron que abrir un agujero en la pared con la excavadora. Gire hacia el este, la escena nunca antes vista. Todas las paredes del segundo piso se quemaron, se puede ver que el piso interno se vuelve negro. Parece una capa y tres capas de paredes blancas entre el cinturón negro, como si fuera un golpe de tres banderas blancas y negras.

Debido a que el humo del interior aún no se ha dispersado, no puedo ingresar al sitio en el día, el segundo día, es decir, el 6 de noviembre, la policía y los bomberos comenzaron la exploración del campo. SONY es la identidad del autor en el momento en que se registraron los medios de comunicación y el ministro del departamento de desarrollo de baterías de energía, el departamento de energía y el departamento de fabricación de la fábrica, el departamento de asuntos generales y los colegas del departamento de instalaciones para presenciar el proceso de exploración.

El grupo de tecnología de búsqueda policial es realmente real, equipado con los expertos, precisamente a partir de los problemas técnicos que se presentan. El autor explicó teóricamente que bajo las condiciones de no cargar o descargar, aceptar el envejecimiento de la batería de prueba no podría tener motivos para disparar. La policía dijo que la aprobación final, se concluye que el "no se puede considerar un incendio de batería. No puede determinar la razón, la conclusión de" aún necesita más investigación.

Después, viajo con frecuencia al departamento de bomberos de Tokio y a la agencia de bomberos de montaña del condado, cada vez que los bomberos van a la fábrica, también tienen que explicarles que la LIB no es una mercancía peligrosa. Porque una vez que estén incluidos en la lista de mercancías peligrosas, quedarán vinculados en el futuro negocio. Se almacena en la fábrica se registrará en exceso del número prescrito de mercancías peligrosas, marca de envío en las mercancías incluso cuando las palabras "mercancías peligrosas". Sin embargo, se puede poner este sombrero.

El problema es el desarrollo y la fabricación de la comunicación.

También investigamos la causa del incendio, por supuesto. En general, el suministro de baterías incluye múltiples pruebas de seguridad. Volvimos a poner el proyecto de prueba de la prueba de "clavo" y "apriete", e investigamos las piezas para ver si hay algún problema.

Figura 2: Muestra de prueba de seguridad LIB

Pruebas de seguridad que incluyen "clavar", "apretar", etc., en más de 50 proyectos.

Después de la prueba de envejecimiento hay que cargar LIB en una bandeja, poner un período de tiempo. El número de LIB de prueba generalmente se mantiene en decenas de miles de piezas. El departamento de desarrollo, por tanto, desde la perspectiva de eliminar los peligros ocultos, considera la bandeja con retardante de llama. La importancia del retardante de llama, sin embargo, no se transmite con precisión al sitio de la fábrica. El departamento de desarrollo no lo sabía, la bandeja no adoptó un material altamente ignífugo, pero el peso molecular del polipropileno no es grande. Fábrica para reducir el costo.

A través de la repetición de la prueba se obtiene la conclusión final: la baja posibilidad de incendio de la batería, ignición del fuego por alguna otra razón bandeja inflamable encendida por fuego. Descubrimos, de acuerdo con la prueba de combustión que se llevó a cabo en la bandeja, es realmente fácil de disparar. Y el bajo punto de fusión del polipropileno, una vez encendido, se derretirá, goteando, como cera que gotea de las velas encendidas. La ubicación del incendio identificada es la parte superior del estante. Debido a las propiedades de la bandeja, el polipropileno se derretirá continuamente en el estante debajo. En este punto, la combustión de la bandeja de agua, puede provocar un incendio de salpicaduras de gotitas de polipropileno, incapaces de disparar. Si la bandeja tiene retardo de llama, el fuego nunca se propagará.

Es un principio básico de la gestión de la seguridad "regla de heinrich". Esta es la compañía de seguros como un técnico en los Estados Unidos ha heinrich a través de la investigación, el análisis de la ley de más de 5000 accidentes industriales encontrados. Detrás de un accidente mayor, habrá 29 accidentes secundarios. Detrás de 29 accidentes secundarios y 300 accidentes colectivos parece no ser digno de mención. El descubrimiento, también es conocido como "ley 1:29:30 0". Antes del incendio, debería haber demasiado un pequeño accidente, pero sin atención. Abre la novela de Gao Jian "la última cena", la palabra, "la llama del fuego debe ser que los cigarrillos provocan la llama del fuego fuerte". El resultado es cierto.

5 meses de discusiones llegan a la conclusión

Después continúa la discusión sobre el departamento de bomberos. El incendio estalló después de 3 meses del 9 de febrero de 1996, llegamos al departamento de prevención del departamento de bomberos de Tokio, en una mesa cerca de la ventana, y las inspecciones de clase de mercancías peligrosas y el personal de clase discutido es la causa del accidente. Escritorio en la habitación, denso, amontonado sobre el escritorio y estantería con archivo. Aunque el corazón del autor susurra "tantos archivos, se desató un incendio en mil por hacer", pero sin dejar rastro en el rostro. Fuera de la ventana para ver el emperador en la ciudad de la mano, un paisaje tranquilo. Pero, en nuestra mente está llena de preocupaciones acerca de los resultados de la discusión del día con vacilación.

Somos cuidadosos, explicamos pacientemente el principio y la estructura del LIB al departamento de bomberos de Tokio, a múltiples agencias de seguridad, y por qué recreamos la visión del experimento de un incendio. Discutir que el resultado es: sin cambiar el funcionamiento de la regulación LIB, se puede mantener el mismo. Por el momento, nunca ha sido fácil. El 4 de abril de 1996, después de eso, tomamos las opiniones del departamento de bomberos de Tokio y la reunión del departamento de bomberos del condado de montaña durante 4 horas, finalmente llega la conclusión de que el LIB no pertenece a mercancías peligrosas.

De esta manera, el conocimiento del accidente del incendio. Siguiente para desarrollar contramedidas, para eliminar la recurrencia de tales problemas. El incendio ocurrió en la propia fábrica de SONY, reconocemos la mala suerte, pero no debe ser el mismo accidente en las fábricas, y al final de la computadora personal, los usuarios de empresas de teléfonos móviles allí.

Para evitar la sobrecarga y la descarga.

A continuación se presentará luego del accidente, tenemos la tecnología de seguridad en el LIB.LIB utilizando solvente orgánico como electrolito, cátodo equipado con litio y compuestos de carbono, completamente es el conjunto combustible. Además, una gran cantidad de energía se encierra en un espacio estrecho. Batería cuando se usa, la energía se libera un poco, si se apaga, causará un accidente. Por lo tanto, para evitar que esto suceda, LIB deben tomarse múltiples medidas de seguridad. El principio de contramedida es evitar la sobrecarga y la descarga.

El tipo de estructura de cilindro es la escama del positivo y el diafragma, el negativo se superpone y se enrolla en tubular, inmersión en el electrolito en su conjunto (haga clic para agrandar)

La primera respuesta es la conexión mecánica (enlace mecánico, también llamado dispositivo de corte de corriente) (figura 3). Esto es cuando la presión interna de la batería aumenta debido a una anomalía, al cortar el cable positivo, la corriente desconecta el dispositivo. La unión del cable del ánodo en la parte superior del disyuntor del cable que sobresale

Operación de corte con la ayuda del material activo del electrodo positivo LiCoO2 añadiendo una pequeña cantidad de carbonato de litio (Li2CO3) vía. Cuando la batería después de la carga, voltaje de aproximadamente 4,3 V, la descomposición del carbonato de litio produce gas dióxido de carbono. La presión del gas hace que la presión dentro de la batería, el disyuntor se empujó hacia arriba, conduce para cortar el alambre de soldadura.

Si desea hacer el material activo positivo que contenga una pequeña cantidad de carbonato de litio, solo necesita ajustar ligeramente al generar la síntesis de LiCoO2.LiCoO2 mediante la calcinación mixta de Co3O4 y carbonato de litio. Síntesis, la dosis de carbonato de litio es mayor que la demanda. Como resultado, una pequeña cantidad de carbonato de litio en exceso no reaccionará, residuos en el ánodo.

Cuando un cortocircuito interno da como resultado una temperatura y una presión internas más altas, el disyuntor del cable se empujó hacia arriba y se cortó el cable positivo de la soldadura (haga clic para ampliar).

Usando diafragma natural para cortar el circuito

A través de la observación SEM, muchas membranas microporosas distribuyen la superficie. Con canal conductor de iones de formación de memoria microporosa de electrolito entre electrodos. (Haga clic para agrandar)

El diafragma también juega un papel importante en las contramedidas de seguridad de LIB. El diafragma suele utilizar una membrana microporosa de polietileno (PE). A partir de las fotos de SEM en la superficie de la membrana de PE, el diámetro de los grados submicrónicos de las fibrillas de PE (más delgadas que una fibra se llama "fibrilla") formaron una almohadilla delgada, similar al no tejido; también tiene muchos grados submicrónicos de microporoso (figura 5).

Al cargar y descargar Li + (li-ion) a través de los poros, el movimiento entre el cátodo. Cuando las anomalías en la temperatura de la batería se deben a un funcionamiento incorrecto del aumento, de acuerdo con diferentes pesos moleculares, el PE se derretirá a una temperatura de 120 ~ 130 ℃, obstruyendo los poros. Para que el ion de litio no se pueda mover, desconectar la carga o descargar la corriente. Este fenómeno se denomina "diafragma cortado".

Teoría, sin embargo, pero no tan bien. Fuente de alimentación de PC, por ejemplo, como el diámetro de 18 mm x 65 mm de área de piso utilizable por batería "18650" de aproximadamente 350 ~ 400 cm2 dos piezas del diafragma. El área es tan grande que el diafragma es muy difícil de cortar al mismo tiempo. Al mismo tiempo, cortar los medios para tener un rango considerable de punto de ablandamiento en el PE después de alcanzar una cierta temperatura, todas las áreas y al mismo tiempo ablandar.

Y, si se trata de un ablandamiento local, en cambio hará que los problemas se agraven. Se produce un ablandamiento local, la concentración de iones de litio a través de la parte microporosa no se cierra, la formación de una gran corriente a través de la región. Y el ablandamiento de la resistencia del PE es bajo, es fácil de romper (llamado "avería"), incluso conducir a un "cortocircuito" positivo negativo directamente, muy peligroso.

Confía en tus amigos para resolver el problema.

En ese caso, ¿cómo debería solucionarse? La respuesta es simple: el polímero cristalino como diafragma. El polímero cristalino no es un punto de ablandamiento ambiguo, en lugar de una temperatura de fusión, un punto de fusión. Usando un solvente especial de peso molecular de PE (uhmw PE) hecho de gel, en ambas direcciones a lo largo de la membrana de gel extensible vertical (estiramiento bidireccional), puede obtener la película correcta (membrana microporosa) .Esta película está compuesta de fibrillas altamente cristalinas , tienen un punto de fusión definido (130 ℃, por ejemplo) .Otra ventaja es que la viscosidad de fusión del PE de peso molecular ultra alto es excelente y no había liquidez, por lo tanto, la descomposición de la temperatura puede ser docenas de ℃ más alta que la del corte temperatura.

Nosotros con el fin de encontrar las características del diafragma, la variedad de producción de prueba, pero no ha habido buenos resultados. Al final, un amigo o un resolvió el problema. El 25 de diciembre de 1991, en el personal de investigación y desarrollo para hacer, cuando obtuvimos el diafragma factible. Fueron los regalos de Navidad de Santa Claus, el "Santa Claus" es la mitad de la camiseta en los compañeros de la escuela secundaria.

El autor con una camiseta en Sapporo, Hokkaido en una escuela secundaria compañeros de clase durante tres años. En 1991, se desempeñó como director de la empresa química de fabricación de diafragmas del este. Después del progreso sin problemas. Medio jersey de diafragma aunque hay deficiencias, pero trabajamos juntos, para optimizar la resistencia a la tracción, el grosor, la distribución del tamaño de los poros, el grado de porosidad, la permeabilidad al aire y otras propiedades, finalmente alcanzada la que se puede poner en un nivel práctico.

El elemento PTC se utiliza para evitar el corte.

Una vez iniciada la conexión mecánica y el diafragma, la batería se desechará. Por lo tanto, también para LIB se unió un dispositivo de seguridad reversible, es el elemento PTC. Es PTC (coeficiente de temperatura positivo), tiene el gradiente de temperatura positivo, formado a partir de partículas de carbono dispersas en una matriz de polímero. A temperatura ambiente, las partículas de carbono se contactan entre sí, componentes de baja resistencia. A medida que aumenta la temperatura de la batería, se infla la matriz de polímero y disminuye el contacto entre las partículas de carbono. Esto hará que la resistencia del elemento, por lo que corte la corriente de carga y descarga, la temperatura se llama "viaje". Elemento PTC entre el disyuntor y la cubierta del cable del ánodo. Después de bajar la temperatura, la resistencia del elemento restaurable, por lo tanto, puede poner el elemento PTC como la temperatura del interruptor reversible.

Como se mencionó anteriormente, el diafragma de la temperatura de corte es de aproximadamente 130 ℃. Siempre que la temperatura de disparo del elemento PTC se establezca en un valor más bajo que la temperatura, 100 ~ 110 ℃, por ejemplo, cuando la temperatura anormal, el elemento PTC del interruptor reversible será el primero en comenzar. De esta manera, se puede evitar que el diafragma corte el cable hasta un desecho permanente de la batería.

Pero quiero recordarles a todos aquí, se cree que la temperatura del interruptor reversible causará que el LIB en el caso de fiebre anormal no encontrada, la verdadera razón sea que se ponga en uso, es probable que cause un peligro.

Una última fortaleza de las agencias de seguridad es proteger el circuito, a saber, BMU (unidad de gestión de la batería) .BMU pertenece al circuito electrónico, puede agregar una función rica. Su función básica es monitorear el estado de la batería, evitar sobrecargas, descargas excesivas, etc.

Y, además de los servicios de seguridad, también realizamos una estricta inspección antes de la entrega. Quiere llevar a cabo una variedad de pruebas, solo lote calificado a la fábrica. Por ejemplo, en la prueba de uñas, las uñas estarán en toda la batería; Las pruebas de extrusión se utilizarán perpendicularmente a la batería de barras de acero, se triturarán hasta el diámetro de aproximadamente un cuarto de fuego o el humo no estará calificado. Sobre la prueba de la uña, debido al grosor, la velocidad de inserción de la uña y la inserción de las piezas de la batería afectarán los resultados de la prueba, por lo que la prueba se realizó en las condiciones más exigentes.

En resumen, hemos adoptado para la LIB múltiples medidas de seguridad, y la implementación de una serie de pruebas estrictas, solo el suministro de lote calificado. Aun así, el LIB por accidente.

La página contiene el contenido de la traducción automática.