Napredak u istraživanju termičkog gubitka punjenja litijumske baterije

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - ପୋର୍ଟେବଲ୍ ପାୱାର ଷ୍ଟେସନ୍ ଯୋଗାଣକାରୀ

Sažetak: Sažetak najnovijih dostignuća i mogućnosti razvoja istraživanja litijum-jonskih baterija visoke sigurnosti. Važni od visoke temperaturne stabilnosti elektrolita i elektroda, uzroci termičke nestabilnosti litijum-jonskih baterija i njihovih mehanizama su razjasnili da je postojeći komercijalni sistem litijum-jonskih baterija neadekvatan pri visokim temperaturama, predlaže razvoj visokotemperaturnih elektrolita, pozitivne i negativne modifikacije i eksterno upravljanje baterijama, itd. za dizajniranje litijum-jonskih baterija visoke sigurnosti.

Izgledi razvoja tehničke perspektive razvoja sigurnosnih litijum-jonskih baterija. 0 Uvod Litijum-jonske baterije postaju tipičan predstavnik nove vrste energije zbog niske cene, visokih performansi, velike snage i zelenog okruženja, koje se široko koriste u 3C digitalnim proizvodima, mobilnim električnim i električnim alatima. Posljednjih godina, zbog intenziviranja zagađenja okoliša i smjernica nacionalne politike, tržište električnih vozila baziranih na električnim vozilima povećalo je potražnju za litijum-jonskim baterijama, u procesu razvoja sistema litijum-jonskih baterija velike snage, pitanja sigurnosti baterija privukla su veliku pažnju, postojeće probleme hitno treba dalje rješavati.

Promjena temperature baterijskog sistema određena je pojavom topline i raspoređena dva faktora. Pojava topline litijum-jonske baterije je važna uzrokovana reakcijom između termičke razgradnje i materijala baterije. Smanjite toplotu baterijskog sistema i poboljšajte performanse sistema protiv visokih temperatura, sistem baterija je siguran.

I mala prijenosna oprema kao što su mobilni telefoni, kapacitet baterije prijenosnog računala općenito je manji od 2AH, a kapacitet litij-ionske baterije tipa snage koji se koristi u električnim vozilima je općenito veći od 10 Ah, a lokalna temperatura je često viša od 55 ° C tokom normalnog rada, a unutarnja temperatura će doseći 300 ° C, pod visokom temperaturom ili velikom brzinom punjenja i uvjeta pražnjenja, uzrok će porast organske temperature i temperature na strani porasta organske topline i pražnjenja. što na kraju dovodi do termičke van kontrole i izgaranja baterije ili eksplozije [3]. Osim vlastitih faktora kemijskog odgovora, neki ljudi imaju kratki spoj uzrokovan pregrijavanjem, pretjecanjem i mehaničkim utjecajem, neki umjetni faktori također mogu dovesti do pojave litijum-jonske baterije da izazovu sigurnosne nesreće. Stoga je važno proučavati i poboljšati performanse litijum-jonskih baterija na visokim temperaturama.

1 termalna van kontrole uzroka analize termalne van kontrole litijum-jonske baterije je važna jer se unutrašnja temperatura baterije povećava. Trenutno, najrasprostranjeniji sistem elektrolita u komercijalnim litijum-jonskim baterijama je miješana karbonatna otopina LiPF6. Takav rastvarač ima visoku isparljivost, nisku tačku paljenja, vrlo lako zapaljiv.

Kada je unutrašnji kratki spoj uzrokovan sudarom ili deformisan, velika brzina punjenja i pražnjenja i preticanja, bit će puno topline, što će rezultirati podizanjem temperature baterije. Kada se postigne određena temperatura, niz reakcija raspadanja će uzrokovati uništenje termičke ravnoteže baterije. Kada se toplina koju oslobađaju ove kemijske reakcije ne može evakuirati na vrijeme, to će pogoršati napredovanje reakcije i pokrenuti niz nuspojava samozagrijavanja.

Temperatura baterije naglo raste, odnosno "termička van kontrole", što na kraju dovodi do izgaranja baterije, pa čak i do ozbiljne eksplozije. Općenito, uzrok termičke van kontrole litijum-jonske baterije je važan u termičkoj nestabilnosti elektrolita, kao i termičkoj nestabilnosti elektrolita i koegzistenciji pozitivne i negativne elektrode. Trenutno, sa velikog aspekta, sigurnost litijum-jonskih baterija je važna od eksternog upravljanja i unutrašnjeg dizajna za kontrolu unutrašnje temperature, napona i pritiska vazduha kako bi se postigle bezbednosne svrhe.

2 Riješite strategiju termičke van kontrole 2. Eksterno upravljanje 1) PTC (pozitivni temperaturni koeficijent) komponenta: Instalirajte PTC komponentu u litijum-jonsku bateriju, koja uzima u obzir tlak i temperaturu unutar baterije, a kada se baterija zagrije prekomjernim punjenjem, baterija je 10 Otpor se povećava kako bi se ograničila struja, a napon između pozitivnog i negativnog pola se smanjuje na siguran napon kako bi se ostvarila automatska zaštitna funkcija baterije. 2) Ventil za zaštitu od eksplozije: Kada je baterija prevelika zbog abnormalnosti, ventil otporan na eksploziju je deformiran, koji će se postaviti unutar baterije za spajanje, prestanite puniti.

3) Elektronika: 2 ~ 4 baterije mogu uljepšati litijum jonski zaštitnik dizajna elektroničkog kola, spriječiti prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje, spriječiti sigurnosne nezgode, produžiti vijek trajanja baterije. Naravno, ove eksterne metode upravljanja imaju određeni učinak, ali ovi dodatni uređaji su dodali složenost i troškove proizvodnje baterije, te ne mogu u potpunosti riješiti problem sigurnosti baterije. Stoga je neophodno uspostaviti mehanizam zaštite unutrašnje sigurnosti.

2.2 Poboljšanje elektrolita elektrolita kao litijum jonske baterije, priroda elektrolita direktno određuje performanse baterije, kapacitet baterije, opseg radne temperature, performanse ciklusa i bezbednosne performanse su važni. Trenutno, komercijalni litijum-jonski sistemi elektrolitskog rastvora baterija, najšire korišćeni sastav je LIPF6, vinil karbonat i linearni karbonat.

Prednja strana je neizostavan sastojak, a njihova upotreba ima i neka ograničenja u pogledu performansi baterije. Istovremeno, u elektrolitu se koristi velika količina karbonatnog rastvarača niskog ključanja, niske temperature paljenja, koji će biti na nižim temperaturama. Bljesak, postoji velika opasnost po sigurnost.

Stoga mnogi istraživači pokušavaju poboljšati sistem elektrolita kako bi poboljšali sigurnosne performanse elektrolita. U slučaju da se glavni materijal baterije (uključujući materijal elektrode, materijal dijafragme, materijal elektrolita) ne promijeni u kratkom vremenskom periodu, stabilnost elektrolita je važan način za poboljšanje sigurnosti litijum-jonskih baterija. 2.

2.1 Funkcionalna aditivna funkcija Aditivi imaju manju dozu, ciljanu karakteristiku. Odnosno, može značajno poboljšati određene makroskopske performanse baterije bez promjene proizvodnog procesa bez promjene ili suštinski bez troškova nove baterije.

Stoga su funkcionalni aditivi postali vruće mjesto u današnjim litijum-jonskim baterijama, što je jedan od najperspektivnijih puteva koji su trenutno najperspektivnije patogeno rješenje elektrolita litijum-jonskih baterija. Osnovna upotreba aditiva je da spreči da temperatura baterije bude previsoka i da je napon baterije ograničen na kontrolni opseg. Stoga se dizajn aditiva razmatra i iz perspektive temperature i potencijala punjenja.

Aditivi za usporavanje plamena: Aditivi za usporavanje plamena se također mogu podijeliti na organske fosforne aditive za usporavanje plamena, složeni aditiv za usporavanje plamena koji sadrži dušik, aditiv za usporavanje plamena na bazi silicija i kompozitni aditiv za usporavanje plamena. 5 važnih kategorija. Organski fosforne ćelije usporivači plamena: Važna su jedinjenja alkil fosfata, alkil fosfita, fluorovanog fosfata i fosfat nitrila.

Mehanizam usporavanja plamena je važan za lančanu reakciju molekula usporivača plamena koji ometaju slobodne radikale vodonika, također poznat kao mehanizam hvatanja slobodnih radikala. Razlaganje aditivnom gasifikacijom oslobađa slobodne radikale koji sadrže fosfor, sposobnost slobodnih radikala da prekinu lančanu reakciju. Fosfat usporivač plamena: Važni fosfat, trietil fosfat (TEP), tributil fosfat (TBP) itd.

Fosfatno nitrilno jedinjenje kao što je heksametil fosfazen (HMPN), alkil fosfit kao što je trimetil fosfit (TMPI), tri-(2,2,2-trifluoroetil), fosfit (TT-FP), ester fluorirane kiseline, kao što je tri-(2,2,2-trifluoroetil) (TFP) di-(2,2,2-trifluoroetil)-metil fosfat (BMP), (2,2,2-trifluoroetil) - dietil fosfat (TDP), fenilfosfat (DPOF) itd. je dobar aditiv koji usporava plamen. Fosfat tipično ima relativno veliki viskozitet, lošu elektrohemijsku stabilnost, a dodatak usporivača plamena također ima negativan učinak na ionsku provodljivost elektrolita i reverzibilnost cirkulacije elektrolita dok povećava refraktivnost elektrolita.

To je općenito: 1 sadržaj ugljika novih alkil grupa; 2 aromatična (fenil) grupa supstituisana alkil grupa; 3 formiraju fosfat ciklične strukture. Organski halogenirani materijal (halogenirani rastvarač): organski halogeni usporivač plamena važan je za gripu gripe. Nakon što je H zamijenjen sa F, njegova fizička svojstva su se promijenila, kao što je smanjenje tačke topljenja, smanjenje viskoziteta, poboljšanje hemijske i elektrohemijske stabilnosti itd.

Organski halogeni usporivač plamena je važan da uključuje fluorociklične karbonate, fluoro-lančane karbonate i alkil-perfluorodekan eter, itd. OHMI i drugi uporedni fluororetil eter, jedinjenja fluorida koja sadrže fluor su pokazala da je dodatak 33,3% (volumenski udio) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (volumenski omjer 1: 1: 1) elektrolit ima višu tačku paljenja, potencijal redukcije je veći od organskog otapala EC, DEC i PC, koji može brzo formirati SEI film na površini prirodnog grafita, poboljšati prvo punjenje i pražnjenje Cullenove efikasnosti i pražnjenja. Sam fluor ne koristi funkciju hvatanja slobodnih radikala gore opisanog usporivača plamena, samo za razrjeđivanje visoko hlapljivih i zapaljivih ko-otapala, tako da je samo volumni omjer u elektrolitu uglavnom (70%) kada elektrolit nije zapaljiv. Kompozitni usporivač plamena: Kompozitni usporivač plamena koji se trenutno koristi u elektrolitu ima spoj PF i spoj klase NP, reprezentativne tvari imaju važan heksametilfosforid (HMPA), fluorofosfat, itd.

Usporivač plamena ispoljava efekat usporenja plamena sinergijskom upotrebom dva elementa usporivača plamena. FEI et al. Predlaže dva NP usporivača plamena MEEP i MEE, a njegova molekularna formula je prikazana na slici 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, elektrolit može smanjiti zapaljivost za 90%, a provodljivost može doseći 2,5 × 10-3S / cm. 2) Prepunjeni aditiv: Niz reakcija se dešava kada se litijum-jonska baterija prepuni.

Komponenta elektrolita (važno je otapalo) prodire na površinu oksidativnih reakcija raspadanja na površini pozitivne elektrode, stvara se plin i oslobađa se količina topline, što rezultira povećanjem unutrašnjeg tlaka baterije i porastom temperature, a sigurnost baterije je ozbiljno ugrožena. Od mehanizma namjene, aditiv za zaštitu od prenamjene je važan za oksidativnu snagu za uklanjanje i dvije vrste električne polimerizacije. Od vrste aditiva se može podijeliti na litijum halogenid, metalocen jedinjenje.

Trenutno, dodatni dodatni dodatni adapraza (BP) i cikloheksilbenzen (CHB) na redoks anti-overchard aditivima su princip kada napon punjenja premašuje normalni granični napon, aditiv počinje na pozitivnoj elektrodi. Reakcija oksidacije, produkt oksidacije difundira na negativnu elektrodu i dolazi do reakcije redukcije. Oksidacija je zatvorena između pozitivnog i negativnog pola, apsorbuje višak naboja.

Njegove reprezentativne supstance imaju ferocen i njegov derivat, ferid 2,2-piridin i kompleks 1,10-susednog glenolina, derivat tiola. Blok polimerizacije aditiv protiv punjenja. Reprezentativne supstance uključuju cikloheksilbenzen, bifenil i druge supstance.

Kada se bifenil koristi kao prethodno napunjeni aditiv, kada napon dosegne 4,5 do 4,7 V, dodani bifenil se elektrohemijski polimerizira, formirajući sloj provodljivog filma na površini pozitivne elektrode, povećavajući unutarnji otpor baterije, čime se ograničava struja punjenja zaštitne baterije.

2.2.2 Jonski tečni jonski tečni elektrolit u potpunosti se sastoji od jina i kationa.

Budući da su međujoni ili kationski volumeni slabi, intermedijer je slab, distribucija elektrona je neravnomjerna i oan-cenzun se može slobodno kretati na sobnoj temperaturi, koja je tečna. Može se podijeliti na imidazol, pirazol, piridin, kvaternarnu amonijevu sol itd. U poređenju sa običnim organskim rastvaračem litijum-jonskih baterija, jonske tečnosti imaju 5 prednosti: 1 visoka termička stabilnost, 200 ° C se ne može razgraditi; 2 tlak pare je gotovo 0, ne morate brinuti o bateriji; 3 ionsku tekućinu nije lako sagorjeti Nema korozivnosti; 4 ima visoku električnu provodljivost; 5 hemijska ili elektrohemijska stabilnost je dobra.

AN ili slično formiraju PP13TFSI i 1Mollipf6ec / Dec (1:1) u elektrolit, čime se mogu postići potpuno negorivi efekti i dodati 2 wt% liboB aditiva u ovaj sistem kako bi se značajno poboljšala kompatibilnost interfejsa. Jedini problem koji treba riješiti je provodljivost jona u sistemu elektrolita. 2.

2.3 Odabir termičke stabilnosti litijum soli heksafluorofosfat (LiPF6) je široko korištena litijumska so elektrolita u robnim litijum-jonskim baterijama. Iako njegova pojedinačna priroda nije optimalna, njegove ukupne performanse su najpovoljnije.

Međutim, LiPF6 ima i svoj nedostatak, na primjer, LiPF6 je kemijski i termodinamički nestabilan, a reakcija se događa: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), reakcija generirana PF5 je lako napasti organsko otapalo u atomu kisika Usamljen za elektrone, što rezultira u otvorenoj petlji, a reakcija je ozbiljna veza sa rastvorom. visoke temperature. Trenutna istraživanja visokotemperaturnih elektrolitnih soli koncentrirana su u poljima organske litijeve soli. Reprezentativne supstance su važne za soli na bazi bora, litijeve soli na bazi imina.

LIB (C2O4) 2 (liboB) je novosintetizovana elektrolitska so poslednjih godina. Ima mnoga izvrsna svojstva, pri temperaturama razlaganja 302 °C, može formirati stabilan SEI film u negativnoj elektrodi. Poboljšati performanse grafita u elektrolitičkoj otopini baziranoj na PC-u, ali je njegov viskozitet velik, formirana je impedancija SEI filma [14].

Temperatura raspadanja LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) je 360 ​​°C, a provodljivost jona na normalnoj temperaturi je nešto niža od LiPF6. Elektrohemijska stabilnost je dobra, a oksidacioni potencijal je oko 5,0V, što je najorganskija litijumova so, ali je ozbiljna korozija Al tečnosti za postavljanje baze.

2.2.4 Polimerni elektrolit Mnoge standardne litijum-jonske baterije koriste zapaljive i isparljive karbonatne rastvarače, ako je verovatno da će curenje izazvati požar.

Ovo je posebno moćna litijum-jonska baterija velikog kapaciteta i velike gustine energije. Umjesto korištenja beskrupuloznih polimernih elektrolita umjesto zapaljivih organskih tekućih elektrolita, može značajno poboljšati sigurnost litijum-jonskih baterija. Istraživanje polimernog elektrolita, posebno polimernog elektrolita u obliku gela, postiglo je veliki napredak.

Trenutno se uspješno koristi u komercijalnim litijum-jonskim baterijama. Prema klasifikaciji polimernog tijela, gel polimerni elektrolit je važan sa sljedeće tri kategorije: polimerni elektrolit na bazi PAN-a, polimerni elektrolit PMMA, polimerni elektrolit na bazi PVDF-a. Međutim, polimerni elektrolit tipa gela zapravo je rezultat kompromisa suhog polimernog elektrolita i kompromisa tekućeg elektrolita, a polimerne baterije tipa gela još uvijek moraju obaviti mnogo posla.

2.3 Pozitivni materijal može utvrditi da je materijal pozitivne elektrode nestabilan kada je napon punjenja iznad 4V, i lako je generirati toplinu otopljenu na visokim temperaturama kako bi se razgradio kisik, kisik i organski otapala i dalje reagiraju velike količine topline i drugih plinova, smanjujući sigurnost baterije [2, 17-19]. Stoga se reakcija pozitivne elektrode i elektrolita smatra važnim uzrokom topline.

Što se tiče normalnog materijala, poboljšati uobičajeni način njegove sigurnosti je modifikacija premaza. Za površinski premaz materijala pozitivne elektrode sa MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, itd., može smanjiti reakciju Die +-stražnjeg pozitivnog i elektrolita uz smanjenje kromatografije pozitivne elektrode, inhibirajući faznu promjenu supstance pozitivne elektrode.

Poboljšati njegovu strukturnu stabilnost, smanjiti otpornost kationa na poremećaje u rešetki, čime se smanjuje sekundarna reakcija cirkulacijskog procesa. 2.4 Ugljični materijal trenutno koristi nisku specifičnu površinu, veću platformu punjenja i pražnjenja, malu platformu punjenja i pražnjenja, relativno visoku termičku stabilnost, relativno dobro termičko stanje, relativno visoku termostabilnost, relativno visoku termostabilnost, relativno visoku termostabilnost.

Kao što su ugljične mikrosfere srednje faze (MCMB), ili Li9Ti5o12 strukture spinela, što je bolje od strukturne stabilnosti laminiranog grafita [20]. Metoda trenutnog poboljšanja performansi ugljičnog materijala važna je za površinsku obradu (površinska oksidacija, površinsko halogeniranje, ugljična obloga, metal za oblaganje, metalni oksid, polimerni premaz) ili uvođenje metalnog ili nemetalnog dopinga. 2.

5 Dijafragma koja se trenutno primjenjuje u komercijalnim litijum-jonskim baterijama je još uvijek poliolefinski materijal, a njeni važni nedostaci su vruća i slaba infiltracija elektrolitičke tekućine. Kako bi prevladali ove nedostatke, istraživači su pokušali na mnogo načina, kao što su traženje materijala za termičku stabilnost ili dodavanje male količine Al2O3 ili SiO2 nanopowdia, koji ne samo da ima zajedničku dijafragmu, već ima i termičku stabilnost materijala pozitivne elektrode. koristiti.

MIAO i saradnici, poliimid nano netkani materijal pripremljen metodom elektrostatičkog predenja. DR i TGA-like karakteristike pokazuju da ne samo da može održati termičku stabilnost na 500°C, već ima i bolju infiltraciju elektrolita u odnosu na CELGARD dijafragmu. WANG i saradnici su pripremili AL2O3-PVDF nanoskopsku mikroporoznu membranu, koja pokazuje dobra elektrohemijska svojstva i termičku stabilnost, zadovoljavajući upotrebu separatora litijum-jonskih baterija.

3 Rezimirajte i radujemo se litijum-jonskim baterijama za električna vozila i skladištenje energije, koje su mnogo veće od male elektronske opreme, a okruženje upotrebe je komplikovanije. Ukratko, možemo vidjeti da je njegova sigurnost daleko od rješenja i da je postala trenutno tehničko usko grlo. Naknadni rad bi trebao biti dubinski do termičkog efekta koji baterija može rezultirati nakon nenormalnog rada i pronaći efikasan način za poboljšanje sigurnosnih performansi litijum-jonske baterije.

Trenutno je upotreba otapala koji sadrže fluor i aditiva za usporavanje plamena važan smjer za razvoj sigurnosne litijum-jonske baterije. Kako uravnotežiti elektrohemijske performanse i sigurnost pri visokim temperaturama biće fokus budućih istraživanja. Na primjer, razvijen je integrirani integrirani set P, N, F i CL visokih performansi sa usporivačem plamena i razvijeno je organsko otapalo s visokom tačkom ključanja, visokom tačkom paljenja i proizvedeno je elektrolitičko rješenje visokih sigurnosnih performansi.

Kompozitni usporivači plamena, aditivi s dvostrukom funkcijom također će postati trendovi budućeg razvoja. Što se tiče materijala elektrode litijum-jonske baterije, površinska hemijska svojstva materijala su različita, stepen osetljivosti materijala elektrode na potencijal punjenja i pražnjenja je nedosledan, i nemoguće je koristiti jednu ili ograničeno nekoliko elektroda/elektrolita/aditiva za sve konstrukcijske konstrukcije baterije. Stoga bi se u budućnosti trebali fokusirati na razvoj različitih sistema baterija za specifične materijale elektroda.

Istovremeno, razvija i sistem polimernih litijum-jonskih baterija sa visokom sigurnošću ili razvoj neorganskog čvrstog elektrolita sa jednim katjonskim provodljivim i brzim transportom jona i visokom termostabilnošću. Pored toga, poboljšanje performansi jonske tečnosti, razvoj jednostavnih i jeftinih sintetičkih sistema je takođe važan deo budućih istraživanja.