Напредък в изследванията на топлинните загуби при зареждане на литиева батерия

著者：Iflowpower – Olupese Ibusọ Agbara to ṣee gbe

Резюме: Обобщение на най-новите постижения и перспективи за развитие на изследванията на литиево-йонни батерии с висока сигурност. Важно от високотемпературната стабилност на електролитите и електродите, причините за термичната нестабилност на литиево-йонните батерии и техните механизми са изяснили, че съществуващата търговска система за литиево-йонни батерии е неадекватна при високи температури, предлага разработване на високотемпературни електролити, положителни и отрицателни модификации и външно управление на батерията и др. за проектиране на литиево-йонни батерии с висока сигурност.

Перспективи за развитие на техническите перспективи за развитие на безопасни литиево-йонни батерии. 0 Въведение Литиево-йонните батерии стават типичен представител на нов тип енергия поради ниската си цена, висока производителност, висока мощност и зелена среда, широко използвани в 3C цифрови продукти, мобилно захранване и електрически инструменти. През последните години, поради засилване на замърсяването на околната среда и насоките на националната политика, пазарът на електрически превозни средства, базиран на електрически превозни средства, увеличи търсенето на литиево-йонни батерии, в процеса на разработване на системи с литиево-йонни батерии с висока мощност, проблемите с безопасността на батериите привлякоха голямо внимание. Съществуващите проблеми спешно трябва да бъдат решени допълнително.

Промяната на температурата на акумулаторната система се определя от появата на топлина и разпределени два фактора. Появата на топлина на литиево-йонната батерия е важна, причинена от реакцията между термичното разлагане и материала на батерията. Намалете топлината на акумулаторната система и подобрете системата за анти-висока температура, акумулаторната система е безопасна.

И малко преносимо оборудване, като например мобилни телефони, капацитетът на батерията на лаптопа обикновено е по-малък от 2AH, а капацитетът на литиево-йонната батерия от захранващ тип, използван в електрическите превозни средства, обикновено е по-голям от 10ah, а местната температура често е по-висока от 55 ° C по време на нормална работа, а вътрешната температура ще достигне 300 ° C. При условия на висока температура или висока скорост на зареждане и разреждане, повишаването на топлината и температурата на запалимост на органичния разтворител ще предизвика серия от странични реакции, което в крайна сметка води до термично излизане от контрол и изгаряне на батерията или експлозия [3]. В допълнение към собствените си фактори на химическа реакция, някои хора имат късо съединение, причинено от прегряване, изпреварване и механично въздействие, някои изкуствени фактори също могат да доведат до появата на литиево-йонна батерия, за да причинят инциденти с безопасността. Ето защо е важно да се проучат и подобрят характеристиките на литиево-йонните батерии при висока температура.

1. Анализът на причината за термичното извън контрол на термичното извън контрол на литиево-йонната батерия е важен, тъй като вътрешната температура на батерията се повишава. Понастоящем най-широко използваната електролитна система в търговските литиево-йонни батерии е смесен карбонатен разтвор на LiPF6. Такъв разтворител има висока летливост, ниска точка на възпламеняване, много лесен за запалване.

Когато вътрешното късо съединение, причинено от сблъсък или деформирано, голямо зареждане и разреждане и изпреварване, ще има много топлина, което води до повишаване на температурата на батерията. При достигане на определена температура серия от реакции на разлагане ще доведе до разрушаване на термичния баланс на батерията. Когато топлината, освободена от тези химични реакции, не може да бъде евакуирана навреме, това ще изостри прогресирането на реакцията и ще предизвика серия от странични реакции на самонагряване.

Температурата на батерията се покачва рязко, тоест "термично извън контрол", което в крайна сметка води до изгаряне на батерията и дори се получава сериозна експлозия. Като цяло причината за термичното излизане извън контрол на литиево-йонната батерия е важна в термичната нестабилност на електролита, както и термичната нестабилност на електролита и съвместното съществуване на положителни и отрицателни електроди. Понастоящем, от голям аспект, безопасността на литиево-йонните батерии е важна от външното управление и вътрешния дизайн за контрол на вътрешната температура, напрежение и въздушно налягане за постигане на целите за безопасност.

2 Разрешаване на термична стратегия за извън контрол 2. Външно управление 1) PTC (положителен температурен коефициент) компонент: Инсталирайте PTC компонента в литиево-йонна батерия, която отчита налягането и температурата вътре в батерията и когато батерията се затопли от презареждане, батерията е 10. Съпротивлението се увеличава, за да ограничи тока, а напрежението между положителния и отрицателния полюс се намалява до безопасно напрежение, за да се реализира функцията за автоматична защита на батерията. 2) Взривозащитен клапан: Когато батерията е твърде голяма поради необичайно, взривозащитеният клапан се деформира, което ще бъде поставено вътре в батерията, която ще бъде свързана, спрете зареждането.

3) Електроника: 2 ~ 4 пакета батерии могат да украсят дизайна на електронните вериги с литиево-йонен протектор, да предотвратят презареждане и преразреждане, да предотвратят инциденти, свързани с безопасността, да удължат живота на батерията. Разбира се, тези методи за външен контрол имат известен ефект, но тези допълнителни устройства са добавили сложността и производствените разходи на батерията и не могат напълно да решат проблема с безопасността на батерията. Поради това е необходимо да се създаде защитен механизъм за вътрешна безопасност.

2.2 Подобряване на електролита електролит като литиево-йонна батерия, естеството на електролита директно определя производителността на батерията, капацитетът на батерията, работният температурен диапазон, производителността на цикъла и ефективността на безопасността са важни. Понастоящем в търговските системи за електролитен разтвор на литиево-йонна батерия най-широко използваният състав е LIPF6, винил карбонат и линеен карбонат.

Предната част е незаменима съставка и използването им също има някои ограничения по отношение на производителността на батерията. В същото време в електролита се използва голямо количество карбонатен разтворител с ниска точка на кипене и ниска точка на възпламеняване, който ще бъде при по-ниски температури. Flash, има голяма опасност за безопасността.

Поради това много изследователи се опитват да подобрят електролитната система, за да подобрят безопасността на електролитите. В случай, че основният материал на тялото на батерията (включително материала на електрода, материала на диафрагмата, материала на електролита) не се променя за кратък период от време, стабилността на електролита е важен начин за повишаване на безопасността на литиево-йонните батерии. 2.

2.1 Функционална добавка Добавките имат по-малка дозировка, целенасочена функция. Това означава, че може значително да подобри определена макроскопична производителност на батерията, без да променя производствения процес, без да променя или без съществени разходи за нова батерия.

Следователно, функционалните добавки са се превърнали в гореща точка в днешната литиево-йонна батерия, което е един от най-обещаващите пътища, които в момента са най-обещаващото патогенно решение на електролита на литиево-йонната батерия. Основната употреба на добавката е да се предотврати твърде високата температура на батерията и напрежението на батерията да бъде ограничено до контролния диапазон. Следователно дизайнът на добавката също се разглежда от гледна точка на температурата и потенциала за зареждане.

Добавка за забавяне на горенето: Добавката за забавяне на горенето може също да бъде разделена на органични фосфорни добавки за забавяне на горенето, азотсъдържаща съставна добавка за забавяне на горенето, базирана на силиций добавка за забавяне на горенето и композитна добавка за забавяне на горенето. 5 важни категории. Забавител на горенето на органични фосфореклетки: Важни са някои алкилфосфатни, алкилфосфитни, флуорирани фосфатни и фосфатнитрилни съединения.

Механизмът за забавяне на горенето е важен за верижната реакция на молекулите, забавящи горенето, които пречат на свободните водородни радикали, известен също като механизъм за улавяне на свободните радикали. Разлагането на адитивната газификация освобождава свободни радикали, съдържащи фосфор, способността на свободните радикали да прекъсват верижна реакция. Фосфатен забавител на горенето: важен фосфат, триетил фосфат (TEP), трибутил фосфат (TBP) и др.

Фосфатно нитрилно съединение като хексаметил фосфазен (HMPN), алкил фосфит като триметил фосфит (TMPI), три-(2,2,2-трифлуороетил), фосфит (TT-FP), флуориран киселинен естер като три-(2,2,2-трифлуороетил) фосфат (TFP), ди-(2,2,2-трифлуороетил)-метил фосфат (BMP), (2,2,2-трифлуороетил) - диетил фосфат (TDP), фенилфосфат (DPOF) и др. е добра добавка, забавяща горенето. Фосфатът обикновено има сравнително голям вискозитет, слаба електрохимична стабилност и добавянето на забавител на горенето също има отрицателен ефект върху йонната проводимост на електролита и обратимостта на циркулацията на електролита, като същевременно увеличава коефициента на пречупване на електролита.

Обикновено това е: 1 въглеродно съдържание на нови алкилови групи; 2 ароматна (фенил) група част заместена алкилова група; 3 образуват фосфат с циклична структура. Органичен халогениран материал (халогениран разтворител): органичният халогенен забавител на горенето е важен за грипния грип. След като H е заменен с F, неговите физични свойства са се променили, като намаляване на точката на топене, намаляване на вискозитета, подобряване на химичната и електрохимичната стабилност и т.н.

Органичният халогенен забавител на горенето е важно да включва флуороциклични карбонати, флуороверижни карбонати и алкил-перфлуородеканов етер и др. OHMI и други сравнителни флуоретилов етер, флуорид-съдържащи флуоридни съединения показват, че добавянето на 33,3% (обемна фракция) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (обемно съотношение 1: 1: 1) електролитът има по-висока точка на възпламеняване, редукционният потенциал е по-висок от органичния разтворител EC, DEC и PC, който може бързо да образува SEI филм върху повърхността на естествения графит, да подобри ефективността на Cullen при първото зареждане и разреждане и капацитета на разреждане. Самият флуорид не използва функцията за улавяне на свободните радикали на забавителя на горенето, описан по-горе, само за разреждане на силно летливи и запалими съразтворители, така че само обемното съотношение в електролита е най-вече (70%), когато електролитът не е запалим. Композитен забавител на горенето: Композитният забавител на горенето, използван в момента в електролита, има PF съединение и съединение от клас NP, представителните вещества имат важен хексаметилфосфорид (HMPA), флуорофосфат и др.

Забавител на горенето упражнява забавящ горенето ефект чрез синергично използване на два елемента, забавящи горенето. FEI и др. Предлага два NP забавителя на горенето MEEP и MEE и неговата молекулна формула е показана на фигура 1.

Licf3SO3 / MeEP : PC = 25:75, електролитът може да намали запалимостта с 90%, а проводимостта може да достигне 2,5 × 10-3S / cm. 2) Добавка за презареждане: Поредица от реакции възникват, когато литиево-йонната батерия е презаредена.

Електролитният компонент (важен е разтворителят) инверафлинг на повърхността на реакциите на окислително разлагане в повърхността на положителния електрод, газът се генерира и количеството топлина се отделя, което води до увеличаване на вътрешното налягане на батерията и повишаване на температурата и безопасността на батерията е сериозно засегната. От целевия механизъм добавката за защита от прекомерно преустановяване е важна за мощността на окислителното отстраняване и двата типа електрическа полимеризация. От вида на добавката може да се раздели на литиев халид, металоценово съединение.

Понастоящем прекомерната допълнителна допълнителна адапраза (BP) и циклохексилбензен (CHB) върху редокс добавките против претоварване са принципът, когато напрежението на зареждане надвишава нормалното напрежение на прекъсване, добавката започва от положителния електрод. Реакцията на окисление, продуктът на окислението дифундира към отрицателния електрод и възниква реакцията на редукция. Окислението е затворено между положителните и отрицателните полюси, абсорбира излишния заряд.

Неговите представителни вещества имат фероцен и неговото производно, ферид 2,2-пиридин и комплекс от 1,10-съседен гленолин, тиолово производно. Полимеризационна добавка против напълване. Представителните вещества включват циклохексилбензен, бифенил и други вещества.

Когато бифенилът се използва като предварително заредена добавка, когато напрежението достигне 4,5 до 4,7 V, добавеният бифенил се полимеризира електрохимично, образувайки слой от проводящ филм върху повърхността на положителния електрод, увеличавайки вътрешното съпротивление на батерията, като по този начин ограничава защитния ток на зареждане на батерията.

2.2.2 Йон течен йон течен електролит е изцяло съставен от ин и катион.

Тъй като вътрешните йони или катионните обеми са слаби, междинният продукт е слаб, разпределението на електроните е неравномерно и оан-цензонът може да се движи свободно при стайна температура, който е течен. Може да се раздели на имидазол, пиразол, пиридин, кватернерна амониева сол и др. В сравнение с обикновения органичен разтворител на литиево-йонни батерии, йонните течности имат 5 предимства: 1 висока термична стабилност, 200 ° C не може да се разложи; 2. налягането на парите е почти 0, не трябва да се притеснявате за батерията; 3 йонна течност не е лесна за изгаряне Няма корозивност; 4 има висока електропроводимост; 5 химическата или електрохимичната стабилност е добра.

AN или подобни образуват PP13TFSI и 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) в електролит, който може да постигне напълно негоривни ефекти и добавя 2 тегл.% liboB добавка в тази система, за да подобри значително интерфейсната съвместимост. Единственият проблем, който трябва да бъде решен, е проводимостта на йона в електролитната система. 2.

2.3 Избор на термична стабилност на литиевата сол хексафлуорофосфат (LiPF6) е широко използван електролит литиева сол в стандартна литиево-йонна батерия. Въпреки че единичният му характер не е оптимален, цялостното му представяне е най-благоприятно.

Въпреки това, LiPF6 също има своя недостатък, например, LiPF6 е химически и термодинамично нестабилен и възниква реакция: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), генерираният от реакцията PF5 е лесен за атакуване на органичния разтворител в кислородния атом Самотен за електрони, което води до полимеризация с отворена верига и етерни връзки на разтворителя, тази реакция е особено сериозна при високи температури. Текущите изследвания върху високотемпературните електролитни соли са съсредоточени в находищата на органични литиеви соли. Представителните вещества са важни със соли на основата на бор, литиеви соли на основата на имин.

LIB (C2O4) 2 (liboB) е новосинтезирана електролитна сол през последните години. Има много отлични свойства, температури на разлагане 302 ° C, може да образува стабилен SEI филм в отрицателен електрод. Подобряване на производителността на графита в базирания на компютър електролитен разтвор, но неговият вискозитет е голям, импедансът на образувания SEI филм [14].

Температурата на разлагане на LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) е 360 ° C, а йонната проводимост при нормална температура е малко по-ниска от LiPF6. Електрохимичната стабилност е добра и окислителният потенциал е около 5,0 V, което е най-органичната литиева сол, но има сериозна корозия на Al базовата течност.

2.2.4 Полимерен електролит Много обикновени литиево-йонни батерии използват запалими и летливи карбонатни разтворители, ако има вероятност изтичането да причини пожар.

Това е особено мощната литиево-йонна батерия с голям капацитет и висока енергийна плътност. Вместо да се използват безскрупулни полимерни електролити вместо запалими органични течни електролити, това може значително да подобри безопасността на литиево-йонните батерии. Изследванията на полимерния електролит, особено полимерния електролит от гел тип, постигнаха голям напредък.

В момента той се използва успешно в търговски литиево-йонни батерии. Според класификацията на полимерното тяло, геловият полимерен електролит е важен със следните три категории: полимерен електролит на базата на PAN, полимерен електролит на PMMA, полимерен електролит на основата на PVDF. Полимерният електролит от гелообразен тип обаче всъщност е резултат от компромис между сух полимерен електролит и компромис от течен електролит, а полимерните батерии от гелообразен тип все още имат много работа за вършене.

2.3 Положителният материал може да определи, че материалът на положителния електрод е нестабилен, когато напрежението в състоянието на зареждане е над 4 V и е лесно да се генерира топлина, разтворена при високи температури, за да се разложи кислородът, кислородът и органичните разтворители продължават да реагират с голямо количество топлина и други газове, намалявайки безопасността на батерията [2, 17-19]. Следователно реакцията на положителния електрод и електролита се счита за важна причина за топлина.

По отношение на нормалния материал, подобряването на общия метод за неговата безопасност е модификацията на покритието. За повърхностното покритие на материала на положителния електрод с MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2 и т.н., може да се намали реакцията на Die +-заден положителен и електролит, като същевременно се намали хроматографията на положителния електрод, инхибирайки фазовата промяна на веществото на положителния електрод.

Подобрете неговата структурна стабилност, намалете устойчивостта на разстройство на катиона в решетката, като по този начин намалите вторичната реакция на процеса на циркулация. 2.4 Въглеродният материал в момента използва ниска специфична повърхност, по-висока платформа за зареждане и разреждане, малка платформа за зареждане и разреждане, относително висока термична стабилност, относително добро термично състояние, относително висока термостабилност, относително висока термостабилност, относително висока термостабилност.

Като въглеродни микросфери от междинна фаза (MCMB) или Li9Ti5o12 със структура на шпинел, която е по-добра от структурната стабилност на ламинирания графит [20]. Методът за понастоящем подобряване на производителността на въглеродния материал е важен за повърхностната обработка (повърхностно окисляване, повърхностно халогениране, въглеродно покритие, метално покритие, метален оксид, полимерно покритие) или въвеждане на метални или неметални добавки. 2.

5 Диафрагмата, която понастоящем се използва в търговските литиево-йонни батерии, все още е полиолефинов материал и нейните важни недостатъци са горещината и слабото проникване на електролитна течност. За да преодолеят тези дефекти, изследователите са опитали много начини, като например търсене на материали за термична стабилност или добавяне на малко количество Al2O3 или SiO2 нанопрах, който не само има обща диафрагма, но също така има термична стабилност на положителния електроден материал. използване.

MIAO et al, производство на полиимидни нано нетъкани материали, получено чрез метод на електростатично предене. Средствата за характеризиране, подобни на DR и TGA, показват, че може не само да поддържа термична стабилност при 500 ° C, но и да има по-добра електролитна инфилтрация в сравнение с диафрагмата CELGARD. WANG et al подготвиха AL2O3-PVDF наноскопична микропореста мембрана, която показва добри електрохимични свойства и термична стабилност, задоволявайки използването на сепаратори на литиево-йонни батерии.

3 Обобщение и очакваме с нетърпение литиево-йонни батерии за електрически превозни средства и съхранение на енергия, което е много по-голямо от малкото електронно оборудване и средата за използване е по-сложна. В обобщение можем да видим, че сигурността му е далеч от разрешаване и се е превърнала в настоящото техническо пречка. Последващата работа трябва да бъде задълбочена по отношение на термичния ефект, който батерията може да предизвика след необичайна работа, и да се намери ефективен начин за подобряване на безопасността на литиево-йонната батерия.

Понастоящем използването на флуорсъдържащи разтворители и добавки, забавящи горенето, е важна посока за разработване на литиево-йонна батерия от безопасен тип. Как да балансираме електрохимичните характеристики и безопасността при високи температури ще бъде фокус на бъдещите изследвания. Например, разработен е високоефективен композитен забавител на горенето интегриран интегриран комплект P, N, F и CL и е разработен органичен разтворител с висока точка на кипене, висока точка на възпламеняване и е произведен електролитен разтвор с висока безопасност.

Композитните забавители на горенето, добавките с двойна функция също ще станат бъдещи тенденции за развитие. Що се отнася до електродния материал на литиево-йонната батерия, повърхностните химични свойства на материала са различни, степента на чувствителност на електродния материал към зарядния и разрядния потенциал е непостоянна и е невъзможно да се използва един или ограничени няколко електрода / електролит / добавки към целия структурен дизайн на батерията. Следователно в бъдеще трябва да се съсредоточим върху разработването на различни батерийни системи за специфични електродни материали.

В същото време се разработва и полимерна литиево-йонна акумулаторна система с висока сигурност или разработването на неорганичен твърд електролит с проводимост на единичен катион и бърз йонен транспорт и висока термостабилност. В допълнение, подобряването на ефективността на йонната течност, разработването на прости и евтини синтетични системи също е важна част от бъдещите изследвания.