Чаму цяпло батарэі выходзіць з-пад кантролю? Гэта прычына кароткага замыкання?

Аўтар: Iflowpower - Пастаўшчык партатыўных электрастанцый

Сёння літыевая батарэя з высокай магутнасцю, чым энергія, з&39;яўляецца ўлюбёнцам акумулятарнай індустрыі, аднак, чым больш энергія, бяспека таксама адрозніваецца. Механізм адмовы акумулятара таксама вельмі складаны. Пры вывучэнні механізму цеплавога кантролю батарэі людзі раней маглі прааналізаваць цеплавую рэакцыю на адзін модуль батарэі, напрыклад катоды, аноды, дыяфрагмы і электраліты.

Напрыклад, усаджванне дыяфрагмы або няпоўнае закрыццё непазбежна павялічвае шчыльнасць току, што прыводзіць да лакальнага перагрэву або нават да выхаду цеплавой батарэі з-пад кантролю. Такім чынам, падрыхтоўка высокай цеплавой стабілізацыі дыяфрагмы з&39;яўляецца адным са спосабаў павышэння бяспекі батарэі. Аднак праблема ў тым, як высокая тэмпература стабілізуючая дыяфрагма вырашыць праблему бяспекі батарэі? Сучасны вельмі запатрабаваны цалкам цвёрды электраліт (цвёрды керамічны і палімерны электраліт замяняе традыцыйныя дыяфрагму і электраліт), ці можа ён істотна знізіць бяспеку батарэі? Нядаўна каманда Ouyang Ming Te з Універсітэта Цынхуа адзначыла, што распрацоўка бяспекі літыевай батарэі павінна не толькі павысіць бяспеку аднаго матэрыялу, але і пачынаць з сістэмнага ўзроўню.

Аўтар улічвае фактары ўзроўню зарада батарэі і ўзроўню матэрыялу, а таксама вывучаецца механізм цеплавога кантролю магутнасці літыевай батарэі. Даследаванне заснавана на графіце ў якасці анода, монакрысталічнага пласта Li0,5Mn0.

3CO0.2O2 (NMC532) - гэта літыевая батарэя тыпу 25aH з ПЭТ / керамічнага нятканага матэрыялу ў якасці дыяфрагмы. Аўтары аналізуюць катодны газ, структурныя (фазавыя) пераўтварэнні і цеплавыдзяленне пры адсутнасці анода, калі ёсць актыўны стан, і аналізуецца катод.

Мяркуецца, што калі O2, які вылучаецца катодам, можа ўступіць у рэакцыю з анодам, гэта будзе сур&39;ёзнай патэнцыяльнай праблемай бяспекі! Дзякуючы дзвюм часткам эксперыменту па распрацоўцы ахоўнага механізму, аўтар спачатку праводзіць дуговае выпрабаванне ўсёй батарэі, а затым розных кампанентаў батарэі. Сярод іх тэст EV-ARC рэгіструе ўвесь працэс цеплавога выхаду з-пад кантролю батарэі, і выяўляецца, што тэмпература страты цяпла батарэі нават ніжэй, чым тэмпература ўсаджвання мембраны, што паказвае на тое, што батарэя не адбылася з-за збою праходу. Кароткае замыканне вялікай плошчы.

Гэта першая справаздача без цеплавога кантролю ў выпадку ўнутранага кароткага замыкання. Каб вывучыць пэўныя механізмы цеплаправоднасці, каманда выкарыстоўвае тэхналогію DSC для аналізу цеплавога патоку (катода, анода, электраліта і іх камбінацыі) розных кампанентаў батарэі; выкарыстоўвайце онлайн-тэхналогію XRD пры высокай тэмпературы для вызначэння катода падчас награвання і тэрмічнага раскладання. Акрамя таго, аўтар выкарыстоўвае тэхналогію сінхроннага тэрмічнага аналізу (DSC-TG) і мас-спектраметрыі (MS), выяўляючы цяпло, страту вагі і працэс вылучэння газу. Для далейшага пацверджання высновы аўтар хутка замарозіць вадкі азот пры тэмпературы 206 ¡ã C і правядзе шэраг наступных тэстаў, у тым ліку SEM, ICP-OES і XPS, у тым ліку SEM, ICP-OES і XPS.

Малюнак 1. Асноўныя ўласцівасці літыевай батарэі: а. Прадукцыйнасць цыркуляцыі і эфектыўнасць Kurun; б. Ультрахуткая прадукцыйнасць Літыевая батарэя магутнасці дэманструе добрую прадукцыйнасць цыкла і прадукцыйнасць павелічэння.

Ёмістасць разраду ў першы тыдзень складае 25,04 ч, пасля 292 тыдняў застаецца 24,08 г, а ўзровень захавання ёмістасці дасягае 96%.

Нават пры тэмпературы 4C захоўваецца ёмістасць 21,5 ач. Малюнак 2 Вымярэнне цеплавой магутнасці літыевай батарэі з дапамогай EV + ARC.

Невялікая карцінка - гэта фаза аўтапілота (0-105 с), аўтары якой выкарыстоўваюць EV + ARC для маніторынгу цеплавой бескантрольнай літыевай батарэі. Т1 - гэта пачатковая тэмпература саманагрэву, Т2 - цеплавая нерэгулюемая тэмпература (TR), Т3 - самая высокая тэмпература. Т1 роўны 115.

2 ¡ã C. Дакладная запіс прыбора пры гэтым працэсе павышэння тэмпературы (Т1→Т2) пабочная хімічная рэакцыя. Па-першае, раскладанне плёнкі SEI на анодзе прымушае анод, які падвяргаецца ўздзеянню электраліта, утвараць новую плёнку SEI, і цяпло таксама з&39;яўляецца цяплом; SEI пастаянна паўтараецца, што прыводзіць да знікнення і росту карбанатнага кампанента неарганічных кампанентаў паверхні анода; адбываецца пабочная рэакцыя, якая выклікае павышэнне тэмпературы да тэмпературы страты цяпла TR (T2 = 231 ¡ã C).

У гэты час паказчык тэмпературы батарэі расце, а экзатэрмічная рэакцыя надзвычай інтэнсіўная. З акумулятара вылучаецца вялікая колькасць дыму; акрамя таго, пашырэнне аб&39;ёму батарэі вельмі відавочнае, што даказвае, што экзатэрмічная пабочная рэакцыя гэтага працэсу выклікана газам. Пасля дасягнення T2 тэмпература батарэі на працягу некалькіх секунд хутка павялічваецца да 815 ¡ã C для дасягнення самага высокага значэння T3.

Малюнак 325AHSC-NMC532 / Характарыстыка цеплавога па-за кантролем графіту A. Узаемасувязь паміж хуткасцю страт цяпла, хуткасцю павышэння тэмпературы, напругай батарэі і ўнутраным супрацівам і абсалютнай тэмпературай; Б. Перад стратай цяпла ўнутранае супраціўленне залежыць ад абсалютнай змены тэмпературы (частка фігуры). Калі тэмпература выйшла з-пад кантролю, напружанне батарэі змяняецца ў залежнасці ад абсалютнай тэмпературы ў больш поўнае даследаванне ўнутранай рэакцыі батарэі.

Пры тэставанні аўтараў фіксуюцца змены напружання і ўнутранага супраціву ў рэальным часе. На малюнку 3A, пасля таго як паваротны момант хуткасці павышэння тэмпературы адбываецца пасля 160 ¡ã C, T1 (115,2 ¡ã C), што звязана з паўторным утварэннем SEI і раскладаннем LiPF6, гэты працэс паскарае выпрацоўку цяпла і газу.

Змяненне напружання паказвае, што адбываецца цеплавой выхад з-пад кантролю (T2 = 231 ¡ã C), напружанне падтрымліваецца вышэй за 2,0 В, што сведчыць аб адсутнасці кароткага замыкання. Змены ўнутранага супраціву батарэі падзяляюцца на чатыры фазы: стадыя I ( <145 ¡ã C), the internal resistance is slow to 22.

1M. Меншая залежнасць; этап II (145175 ¡ã С), унутранае супраціўленне 22,1м→143.

3м. Сумка для батарэі разбіваецца пры 145 ¡ã C, паскарае атаку электраліта, выклікаючы павелічэнне ўнутранага супраціву; павелічэнне імпедансу катода таксама павялічвае ўнутраны супраціў батарэі; раскладанне паверхні анода SEi выклікае новыя неарганічныя кампаненты, якія павялічваюцца, памяншаючы іённую праводнасць, што таксама прыводзіць да павелічэння ўнутранага супраціву батарэі; ступень III (180231 ¡ã С), унутранае супраціўленне 143,3м→56.

5м. Да страт цяпла зніжэнне ўнутранага супраціву адбываецца з-за растварэння пераходнага металу і раскладання солі літыя, будзе пацверджана пазней; стадыя IV (> 231 ¡ã C), унутранае супраціўленне 56,5 м→1011.

2м. Пасля страты цяпла батарэя згарае, напружанне хутка падае за некалькі секунд, а ўнутранае супраціўленне хутка ўзрастае да 1011,2 м.

У гэты час дыяфрагма распадаецца, батарэя цалкам выходзіць з ладу. Малюнак 4 ПЭТ-керамічная нятканая ўшчыльняльная структура і тэрмічная ўстойлівасць: ПЭТ-керамічныя нятканыя матэрыялы пасля выпрабаванняў на тэрмічную стабільнасць (пакаёвая тэмпература 450 ¡ã C), SEM-сканавання, пакаёвай тэмпературы і 450 ¡ã C, марфалогіі і адлюстравання элементаў. Пасля 500 ¡ã C пры пакаёвай тэмпературы цеплавой паток DSC і страта вагі дыяфрагмы TGA былі страчаны, хуткасць павышэння тэмпературы склала 10 ¡ã C / мін; ПЭТ-керамічная дыяфрагма з нятканага матэрыялу, ілюстрацыя павялічанага СЭМ фота Al2O3; папярочны разрэз, часціцы Al2O3 Валокны нятканага ПЭТ, загорнутыя ў звычайную дыяфрагму з ПП, ПЭ, паказалі выдатную тэрмічную стабільнасць. Як паказана на малюнку 4A, пры тэмпературы 230 ¡ã C на працягу 30 хвілін адбываецца вельмі невялікая цеплавая ўсаджванне (1.

2%). Як паказана на малюнку 4B, ПЭТ плавіцца з перадачай цяпла пры тэмпературы 257 °C і дэградацыйнай масай пры 432 °C. SEM на малюнку 4C паказвае, што нанавалокна нятканага ПЭТ убудаваны ў керамічныя часціцы, а не ў двухбаковае пакрыццё з керамічных часціц.

На малюнку 4C раздзел SEM паказвае, што дыяфрагма роўная 19.5μM Малюнак 5 Праверце ўмовы цеплаправоднасці кожнага кампанента акумулятара са станам зарада з дапамогай DSC: a. Калі прысутнічае электралітычны раствор, зараджаны электрод (Ce); б.

Пры наяўнасці электраліта зарадны электрод. анод; CA катод; электраліт ELE; Электрод зараднай прылады CE. Малюнак 5а паказвае, што катод і анод значна менш, чым суіснаванне катода і анода; Малюнак 5B паказвае, што наяўнасць або адсутнасць электраліта не аказвае істотнага ўплыву. Такім чынам, незалежна ад таго, ці ёсць электраліт, змяшайце катод і анод, будзе шмат цяпла.

Аўтар мяркуе, што існуе ўзаемнае выкарыстанне анода катода, што можа быць хімічнай рэакцыяй. Малюнак 6. Структурныя пераўтварэнні, цеплавыдзяленне і вылучэнне O2 матэрыялу зараджанага катода: a. XRDB пры высокай тэмпературы.

Пры розных тэмпературах на месцы вымяраецца цяпло і выдзяленне сістэмы DSC і TGA-MS, калі высокая тэмпература, Dithodium NMC Нестабільны, структурныя пераўтварэнні будуць суправаджаць вылучэнне O2. Аўтар мяркуе, што прычынай цеплавога выхаду з-пад кантролю з&39;яўляецца вызваленне ўзаемнага выкарыстання паміж O2 і анодам. На малюнку 6A паказана, што NMC 532 пачынае змяняць пераход слаістай структуры ў структуру шпінелі пры 350 ¡ã C да 350 ¡ã C.

Малюнак 6B паказвае, што крывая МС пры даследаванні крывых цеплавой ДСК і выдзялення O2 адпавядае структурным варыяцыям, і ёсць пік пры 276 °C, што азначае сур&39;ёзныя фазавыя пераўтварэнні. Малюнак 7 - паміж катодам і анодам у стане зарадкі, узаемадзеянне паміж узроўнем хімічнай рэакцыі: асобны катод зарада, пік моцнага выдзялення кіслароду; аднак, калі катод і анод прысутнічаюць у стане зарада, у асноўным няма дазоўкі. Аднак у тым жа інтэрвале тэмператур выпрацоўка цяпла значна большая, і стан зарада вылучаецца пры высокіх тэмпературах на аснове ўзаемнай інтэрферэнцыйнай схемы хімічнай рэакцыі, і вылучаецца толькі невялікая колькасць цяпла; калі ёсць анод, цяпло O2 выходзіць з-пад кантролю. Такім чынам, у мэтах бяспекі механічнай сістэмы літыевай батарэі сістэма кіравання тэмпературай павінна ўмяшацца, перш чым тэмпература выйдзе з-пад кантролю, у адваротным выпадку цяжка прадухіліць узгаранне батарэі, нават калі вадкі азот мае найбольшую функцыю рассейвання цяпла.

Малюнак 8 Падчас узнікнення страт цяпла характарыстыка вадкага азоту замарожваецца вадкім азотам, крывая змены вадкага азоту, тэмпература батарэі і напружанне дадаюцца пры 206 ¡ã C, а на ілюстрацыі - пярэдняя паверхня (I) і бакавая паверхня батарэі пасля астуджэння вадкім азотам (II) Фота; Структура ламінавання Z-тыпу і батарэя пасля астуджэння ў вадкім азоце пры 206 ¡ã C, фота вадкага азоту ва ўнутраным катодзе, анодзе і дыяфрагме, хутка апускаецца да -100 ¡ã C у батарэі пры 206 ¡ã C, хаця бок пакета перад батарэяй замацаваны (малюнак 8A). На малюнку 8B паказаны разлажаны акумулятарны модуль, без бачнай дзіркі або пашкоджанай паверхні, што сведчыць аб тым, што ён падтрымлівае стабільнасць напружання і эфектыўна прадухіляе кароткае замыканне; паверхня катода і адпаведная дыяфрагма з&39;яўляюцца чорным поясам, які ўяўляе сабой Ni, CO, MN асаджэнне пераходнага металу.