電池製造分野の権威ある設計者との討論において、日本のM電池工場では、三元電池の製造前に材料が自発的な燃焼現象をしばしば示すが、完成した製品では自燃ゼロであることが発見された。
一方、他の同業他社では完成品の自燃事故が頻発している。
一日をかけた技術的な点検の結果、材料中の金属汚染とセパレータ膜への異物混入という二つの主要な原因が特定され、その問題は製造工程そのものに由来していることが明らかになった。
金属微粒子は主に二つの経路から侵入する:
第一に、気力輸送 ニューマティックの過程で、一般的な金属エルボが物料の衝撃と摩耗によってFe、Cu、Crなどの金属イオンおよび微粒子を析出し、それが材料中に混入して、電池の化学的短絡や予兆のない自燃を引き起こす。
2021年、世界のリチウムイオン電池工場における自燃率は0.1PPMに達し、そのうち約70%がこの要因に起因していた。
第二に、セパレータ膜のプラズマ処理では、工程効率が非常に高く(工程時間を95%以上短縮)、界面結合強度が25〜30%向上し、かつ環境に優しいという利点があるが、高電圧・低電流環境によって電極の電蝕が発生し、金属の微細な破片を生成する。
さらに、処理後に表面エネルギーが増大したセパレータ膜がそれらを強く捕捉してしまう。
この二つの経路こそが、電池自燃を引き起こす主要な原因の一つである。
気力輸送 ニューマティックシステムにおいては、従来型のエルボが摩耗しやすく、それにより流速が15〜20%低下し、詰まりが発生し、さらにシステム圧力の変動(ブロワーファンのエネルギー消費が20%以上増加)を引き起こす。
既存の改良方法にはいずれも限界がある。
このボトルネックを打破する鍵となったのが、台湾三方機械工業股份有限公司(Taiwan San Fan Machinery Industrial Co., Ltd.)の耐磨螺旋彎頭(スパイラル耐摩耗エルボ)である。
この製品は、段差のない平滑設計とベルヌーイの原理を核心とし、段差のない流路構造、スパイラルチャンバーによる減速・増圧、および流速適合設計によって高い耐摩耗性を実現している。
圧力損失は5mmaq未満、フランジ接続により設置が容易であり、鋳鉄、アルミニウム合金ハードクロム耐摩耗層、および全セラミックなど多様な材質が選択可能である(全セラミック仕様では「金属微粒子析出ゼロ」を達成)。
M社が導入して以降、エルボ摩耗による停止は25年間ゼロを維持している。
設備寿命は15〜20倍延長され、輸送効率は20〜35%向上、エネルギー消費は12〜15%低下した。業界的示唆:
三元電池の安全性向上は細部に宿る。
このスパイラル耐摩耗エルボの導入により、製品自燃リスクを30%以上低減することができる。
電池メーカーはプロセスの利点とリスク管理の両立を図り、気力輸送 ニューマティックシステム設計を統合し、科学的な解決策を選択することで、安全性ボトルネックの突破を実現しなければならない

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