Avenços en la investigació sobre la pèrdua tèrmica de la càrrega de la bateria de liti

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Портативті электр станциясының жеткізушісі

Resum: Resum dels últims avenços i perspectives de desenvolupament per a la investigació de bateries d&39;ió de liti d&39;alta seguretat. Important per l&39;estabilitat a alta temperatura d&39;electròlits i elèctrodes, les causes de la inestabilitat tèrmica de les bateries d&39;ions de liti i els seus mecanismes han aclarit que el sistema comercial de bateries d&39;ions de liti existent és inadequat a altes temperatures, proposa desenvolupar electròlits d&39;alta temperatura, modificacions positives i negatives i gestió de la bateria externa, etc. per dissenyar bateries d&39;ió de liti d&39;alta seguretat.

Perspectives sobre el desenvolupament de les perspectives tècniques del desenvolupament de bateries d&39;ions de liti de seguretat. 0 Introducció Les bateries d&39;ions de liti es converteixen en un representant típic d&39;un nou tipus d&39;energia a causa del seu baix cost, alt rendiment, gran potència i entorn verd, àmpliament utilitzat en productes digitals 3C, energia mòbil i eines elèctriques. En els darrers anys, a causa de la intensificació de la contaminació ambiental i les orientacions polítiques nacionals, el mercat de vehicles elèctrics basat en vehicles elèctrics ha augmentat la demanda de bateries d&39;ions de liti, en el procés de desenvolupament de sistemes de bateries d&39;ions de liti d&39;alta potència, els problemes de seguretat de les bateries han cridat una gran atenció, els problemes existents s&39;han de resoldre amb urgència.

El canvi de temperatura del sistema de bateries està determinat per l&39;aparició de calor i es distribueixen dos factors. L&39;aparició de calor de la bateria de ions de liti és important per la reacció entre la descomposició tèrmica i el material de la bateria. Reduïu la calor del sistema de bateria i milloreu el sistema de rendiment anti-alta temperatura, el sistema de bateria és segur.

I equips portàtils petits com ara telèfons mòbils, la capacitat de la bateria del portàtil és generalment inferior a 2 Ah, i la capacitat de la bateria d&39;ió de liti de tipus potència que s&39;utilitza en els vehicles elèctrics és generalment superior a 10 Ah, i la temperatura local sovint és superior a 55 ° C durant el funcionament normal i la temperatura interna arribarà als 300 ° C. eventualment condueix a un descontrol tèrmic i combustió o explosió de la bateria [3]. A més dels seus propis factors de resposta química, algunes persones tenen un curtcircuit causat per un sobreescalfament, un avançament i un impacte mecànic, alguns factors artificials també poden provocar l&39;aparició d&39;una bateria d&39;ió de liti per provocar accidents de seguretat. Per tant, és important estudiar i millorar el rendiment a alta temperatura de les bateries d&39;ions de liti.

1 L&39;anàlisi de la causa tèrmica fora de control del descontrol tèrmic de la bateria d&39;ió de liti és important perquè la temperatura interna de la bateria augmenta. Actualment, el sistema d&39;electròlits més utilitzat a les bateries comercials d&39;ions de liti és una solució mixta de carbonats de LiPF6. Aquest dissolvent té una alta volatilitat, baix punt d&39;inflamació, molt fàcil de cremar.

Quan el curtcircuit intern causat per col·lisió o deformació, una gran velocitat de càrrega i descàrrega i avançament, hi haurà molta calor, la qual cosa augmentarà la temperatura de la bateria. En arribar a una determinada temperatura, una sèrie de reaccions de descomposició provocaran la destrucció de l&39;equilibri tèrmic de la bateria. Quan la calor alliberada per aquestes reaccions químiques no es pot evacuar a temps, agreujarà la progressió de la reacció i desencadenarà una sèrie de reaccions secundaries d&39;autoescalfament.

La temperatura de la bateria augmenta bruscament, és a dir, "tèrmica fora de control", que acaba provocant la crema de la bateria, i fins i tot es produeix una explosió greu. En general, la causa del descontrol tèrmic de la bateria d&39;ions de liti és important en la inestabilitat tèrmica de l&39;electròlit, així com la inestabilitat tèrmica de l&39;electròlit i la coexistència d&39;elèctrodes positius i negatius. Actualment, des d&39;un gran aspecte, la seguretat de les bateries d&39;ions de liti és important des de la gestió externa i el disseny intern per controlar la temperatura interna, la tensió i la pressió de l&39;aire per aconseguir propòsits de seguretat.

2 Resoldre l&39;estratègia tèrmica fora de control 2. Gestió externa 1) Component PTC (coeficient de temperatura positiu): instal·leu el component PTC en una bateria d&39;ions de liti, que té en compte la pressió i la temperatura dins de la bateria, i quan la bateria s&39;escalfa per sobrecàrrega, la bateria és de 10 La resistència augmenta per limitar el corrent i la tensió entre els pols positiu i negatiu es redueix a una tensió segura per realitzar la funció de protecció automàtica de la bateria. 2) Vàlvula a prova d&39;explosió: quan la bateria és massa gran a causa d&39;una anomalia, la vàlvula a prova d&39;explosió es deforma, que es col·locarà dins de la bateria per connectar-se, deixa de carregar.

3) Electrònica: 2 ~ 4 paquets de bateries poden embellir el protector de ions de liti de disseny de circuits electrònics, evitar la sobrecàrrega i la sobredescàrrega, prevenir accidents de seguretat, allargar la vida útil de la bateria. Per descomptat, aquests mètodes de control extern tenen un cert efecte, però aquests dispositius addicionals han afegit la complexitat i el cost de producció de la bateria i no poden resoldre completament el problema de la seguretat de la bateria. Per tant, cal establir un mecanisme intrínsec de protecció de seguretat.

2.2 Millorar l&39;electròlit de l&39;electròlit com a bateria de ions de liti, la naturalesa de l&39;electròlit determina directament el rendiment de la bateria, la capacitat de la bateria, el rang de temperatura de funcionament, el rendiment del cicle i el rendiment de seguretat són importants. Actualment, els sistemes comercials de solucions electrolítiques de bateries d&39;ions de liti, la composició més utilitzada és LIPF6, carbonat de vinil i carbonat lineal.

El frontal és un ingredient indispensable, i el seu ús també té algunes limitacions pel que fa al rendiment de la bateria. Al mateix temps, s&39;utilitza una gran quantitat de dissolvent de carbonat de baix punt d&39;ebullició i baix punt d&39;inflamació a l&39;electròlit, que estarà a temperatures més baixes. Flash, hi ha un gran perill de seguretat.

Per tant, molts investigadors intenten millorar el sistema d&39;electròlits per millorar el rendiment de seguretat dels electròlits. En el cas en què el material del cos principal de la bateria (inclòs el material de l&39;elèctrode, el material del diafragma, el material de l&39;electròlit) no canvia en un curt període de temps, l&39;estabilitat de l&39;electròlit és una manera important de millorar la seguretat de les bateries d&39;ions de liti. 2.

2.1 Els additius funcionals amb funció additiva tenen menys dosificació i funció específica. És a dir, pot millorar significativament cert rendiment macroscòpic de la bateria sense canviar el procés de producció sense canviar o substancialment sense nous costos de la bateria.

Per tant, els additius de funció s&39;han convertit en un punt calent a la bateria d&39;ions de liti actual, que és una de les vies més prometedores que actualment són la solució patògena més prometedora de l&39;electròlit de la bateria d&39;ions de liti. L&39;ús bàsic de l&39;additiu és evitar que la temperatura de la bateria sigui massa alta i que la tensió de la bateria es limiti al rang de control. Per tant, el disseny de l&39;additiu també es considera des de la perspectiva de la temperatura i el potencial de càrrega.

Additiu retardant de flama: l&39;additiu retardant de flama també es pot dividir en additius retardants de flama de fòsfor orgànic, un additiu retardant de flama compost que conté nitrogen, un additiu retardant de flama a base de silici i un additiu retardant de flama compost. 5 categories importants. Retardant de flama de fosforescel·la orgànica: importants inclouen alguns compostos de fosfat d&39;alquil, fosfit d&39;alquil, fosfat fluorat i fosfat nitril.

El mecanisme retardant de flama és important per a la reacció en cadena de les molècules retardants de flama que interfereixen amb els radicals lliures d&39;hidrogen, també conegut com a mecanisme de captura de radicals lliures. La descomposició de gasificació additiva allibera radicals lliures que contenen fòsfor, la capacitat dels radicals lliures d&39;acabar una reacció en cadena. Fosfat retardant de flama: fosfat important, fosfat de trietil (TEP), fosfat de tributil (TBP), etc.

Compost de nitril de fosfat com l&39;hexametil fosfazè (HMPN), fosfit d&39;alquil com el fosfit de trimetil (TMPI), tres (2,2,2-trifluoroetil), fosfit (TT-FP), èster d&39;àcid fluorat, com ara el fosfat de tres (2,2,2-trifluoroetil) (TFP), di-(2,2,2-trifluoroetil) (BMP), (2,2,2-trifluoroetil) - fosfat de dietil (TDP), fenilfosfat (DPOF), etc. és un bon additiu retardant de flama. El fosfat normalment té una viscositat relativament gran, una estabilitat electroquímica deficient i l&39;addició del retardant de flama també té un efecte negatiu sobre la conductivitat iònica de l&39;electròlit i la reversibilitat de la circulació de l&39;electròlit alhora que augmenta la refracció de l&39;electròlit.

Generalment és: 1 contingut de carboni de nous grups alquils; 2 grup aromàtic (fenil) grup alquil substituït; 3 formen una estructura cíclica fosfat. Material halogenat orgànic (dissolvent halogenat): el retardant de flama halogen orgànic és important per a la grip grip grip. Després de substituir H per F, les seves propietats físiques han canviat, com ara disminució del punt de fusió, disminució de la viscositat, millora de l&39;estabilitat química i electroquímica, etc.

El retardant de flama halogènic orgànic és important per incloure carbonats fluorocíclics, carbonats de cadena fluorada i èter alquil-perfluorodecà, etc. OHMI i altres èter fluororetílic comparatiu, compostos de fluor que contenen fluor, van mostrar que l&39;addició del 33,3% (fracció de volum) 0.

L&39;electròlit de 67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (proporció de volum 1: 1: 1) té un punt d&39;inflamació més alt, el potencial de reducció és superior al dissolvent orgànic EC, DEC i PC, que pot formar ràpidament una pel·lícula SEI a la superfície del grafit natural, millorar la primera càrrega i la descàrrega de l&39;eficiència i la capacitat de descàrrega de Cullen. El fluorur en si no fa servir la funció de captura de radicals lliures del retardant de flama descrit anteriorment, només per diluir cosolvents altament volàtils i inflamables, de manera que només la proporció de volum de l&39;electròlit és majoritàriament (70%) quan l&39;electròlit no és inflamable. Retardant de flama compost: el retardant de flama compost que s&39;utilitza actualment a l&39;electròlit té un compost PF i un compost de classe NP, les substàncies representatives tenen un important hexametilfosforur (HMPA), fluorofosfat, etc.

El retardant de flama exerceix un efecte retardant de flama mitjançant l&39;ús sinèrgic de dos elements retardants de flama. FEI et al. Proposa dos retardants de flama NP MEEP i MEE, i la seva fórmula molecular es mostra a la figura 1.

Licf3SO3 / MeEP:PC = 25:75, l&39;electròlit pot reduir la inflamabilitat del 90% i la conductivitat pot arribar a 2,5 × 10-3S / cm. 2) Additiu sobrecarregat: es produeixen una sèrie de reaccions quan la bateria d&39;ió de liti està sobrecarregada.

El component electròlit (important és el dissolvent) afecta la superfície de les reaccions de descomposició oxidativa a la superfície de l&39;elèctrode positiu, es genera el gas i s&39;allibera la quantitat de calor, donant lloc a l&39;augment de la pressió interna de la bateria i l&39;augment de la temperatura, i la seguretat de la bateria es veu greument afectada. Des del mecanisme de propòsit, l&39;additiu de protecció contra sobrecàrrega és important per al tipus de potència d&39;eliminació oxidativa i dos tipus de tipus de polimerització elèctrica. Del tipus d&39;additiu, es pot dividir en halogenur de liti, compost de metalocè.

En l&39;actualitat, una adaprase addicional addicional (BP) i ciclohexilbenzè (CHB) addicionals sobre additius anti-overchard redox són el principi quan la tensió de càrrega supera la tensió de tall normal, l&39;additiu comença a l&39;elèctrode positiu. La reacció d&39;oxidació, el producte d&39;oxidació es difon a l&39;elèctrode negatiu i es produeix la reacció de reducció. L&39;oxidació es tanca entre els pols positiu i negatiu, absorbeix l&39;excés de càrrega.

Les seves substàncies representatives tenen un ferrocè i el seu derivat, fèrid 2,2-piridina i un complex de glenolina 1,10 adjacent, derivat tiol. Bloc de polimerització additiu antiompliment. Les substàncies representatives inclouen el ciclohexilbenzè, el bifenil i altres substàncies.

Quan el bifenil s&39;utilitza com a additiu precarregat, quan la tensió arriba a 4,5 a 4,7 V, el bifenil afegit es polimeritza electroquímicament, formant una capa de pel·lícula conductora a la superfície de l&39;elèctrode positiu, augmentant la resistència interna de la bateria, limitant així la bateria de protecció del corrent de càrrega.

2.2.2 L&39;electròlit líquid d&39;ions líquids està format completament per yin i catió.

Com que els ions interi o volums catiònics són febles, l&39;intermedi és feble, la distribució d&39;electrons és desigual i l&39;oan-censoon es pot moure lliurement a temperatura ambient, que és líquida. Es pot dividir en imidazol, pirazol, piridina, sal d&39;amoni quaternari, etc. En comparació amb el dissolvent orgànic ordinari de les bateries d&39;ions de liti, els líquids iònics tenen 5 avantatges: 1 alta estabilitat tèrmica, 200 ° C no es pot descompondre; La pressió de vapor 2 és gairebé 0, no us haureu de preocupar per la bateria; 3 El líquid iònic no és fàcil de cremar Sense corrosivitat; 4 té una alta conductivitat elèctrica; 5 L&39;estabilitat química o electroquímica és bona.

AN o similars formen PP13TFSI i 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) en un electròlit, que pot aconseguir efectes completament no combustibles, i afegir un additiu liboB del 2% en pes en aquest sistema per millorar significativament la compatibilitat de la interfície. L&39;únic problema que cal resoldre és la conductivitat de l&39;ió en el sistema electròlit. 2.

2.3 La selecció de l&39;estabilitat tèrmica de l&39;hexafluorofosfat de sal de liti (LiPF6) és una sal de liti electròlit àmpliament utilitzada en una bateria d&39;ió de liti bàsica. Tot i que la seva naturalesa única no és òptima, el seu rendiment global és el més avantatjós.

No obstant això, LiPF6 també té el seu desavantatge, per exemple, LiPF6 és química i termodinàmicament inestable, i la reacció es produeix: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), la reacció generada PF5 és fàcil d&39;atacar el dissolvent orgànic en àtom d&39;oxigen Solitàriament als electrons, donant lloc a la polimerització de bucle obert i a la temperatura de l&39;èter particularment alta. La investigació actual sobre sals d&39;electròlits d&39;alta temperatura es concentra en camps de sal orgànica de liti. Les substàncies representatives són importants amb sals a base de bor, sals de liti a base d&39;imina.

LIB (C2O4) 2 (liboB) és una sal electròlit recentment sintetitzada en els últims anys. Té moltes propietats excel·lents, la descomposició de temperatures de 302 ° C, pot formar una pel·lícula SEI estable en un elèctrode negatiu. Millorar el rendiment del grafit a la solució electrolítica basada en PC, però la seva viscositat és gran, la impedància de la pel·lícula SEI formada [14].

La temperatura de descomposició de LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) és de 360 ​​° C i la conductivitat iònica a temperatura normal és lleugerament inferior a LiPF6. L&39;estabilitat electroquímica és bona i el potencial d&39;oxidació és d&39;uns 5,0 V, que és la sal de liti més orgànica, però la corrosió greu del fluid de fixació de base d&39;Al.

2.2.4 Electròlit de polímer Moltes bateries d&39;ions de liti de productes bàsics utilitzen dissolvents carbonatats inflamables i volàtils, si és probable que una fuita provoqui un incendi.

Aquesta és especialment la potent bateria d&39;ions de liti d&39;alta capacitat i alta densitat d&39;energia. En lloc d&39;utilitzar electròlits de polímer sense escrúpols en lloc d&39;electròlits líquids orgànics inflamables, pot millorar significativament la seguretat de les bateries d&39;ions de liti. La investigació de l&39;electròlit de polímer, especialment l&39;electròlit de polímer de tipus gel, ha avançat molt.

Actualment, s&39;ha utilitzat amb èxit en bateries comercials d&39;ions de liti. Segons la classificació del cos del polímer, l&39;electròlit de polímer de gel és important amb les tres categories següents: electròlit de polímer basat en PAN, electròlit de polímer PMMA, electròlit de polímer basat en PVDF. Tanmateix, l&39;electròlit de polímer de tipus gel és en realitat el resultat d&39;un compromís d&39;un electròlit de polímer sec i un compromís d&39;electròlit líquid, i les bateries de polímer de tipus gel encara tenen molta feina per fer.

2.3 El material positiu pot determinar que el material de l&39;elèctrode positiu és inestable quan la tensió de l&39;estat de càrrega és superior a 4V, i és fàcil generar una calor dissolta a altes temperatures per descompondre l&39;oxigen, l&39;oxigen i els dissolvents orgànics que continuen reaccionant una gran quantitat de calor i altres gasos, reduint la seguretat de la bateria [2, 17-19]. Per tant, la reacció de l&39;elèctrode positiu i l&39;electròlit es considera una causa important de calor.

Pel que fa al material normal, millorar el mètode comú de la seva seguretat és la modificació del recobriment. Per al recobriment superficial del material de l&39;elèctrode positiu amb MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, etc., es pot reduir la reacció de Die +-positiu posterior i electròlit alhora que redueix la cromatografia de l&39;elèctrode positiu, inhibint el canvi de fase de la substància de l&39;elèctrode positiu.

Millorar la seva estabilitat estructural, reduir la resistència al desordre del catió a la xarxa, reduint així la reacció secundària del procés de circulació. 2.4 El material de carboni actualment utilitza una superfície específica baixa, una plataforma de càrrega i descàrrega més alta, una plataforma de càrrega i descàrrega petita, una estabilitat tèrmica relativament alta, un estat tèrmic relativament bo, una termoestabilitat relativament alta, una termoestabilitat relativament alta, una termoestabilitat relativament alta.

Com ara les microesferes de carboni en fase intermèdia (MCMB) o Li9Ti5o12 d&39;estructura d&39;espinel, que és millor que l&39;estabilitat estructural del grafit laminat [20]. El mètode per millorar actualment el rendiment del material de carboni és important per al tractament de superfícies (oxidació superficial, halogenació superficial, revestiment de carboni, revestiment metàl·lic, òxid metàl·lic, recobriment de polímer) o per introduir dopatge metàl·lic o no metàl·lic. 2.

5 El diafragma que s&39;aplica actualment a les bateries comercials d&39;ió de liti és encara un material de poliolefina, i els seus desavantatges importants són calent i la infiltració de fluids electrolítics és deficient. Per superar aquests defectes, els investigadors han provat moltes maneres, com buscar materials d&39;estabilitat tèrmica o afegir una petita quantitat de nanopowdia Al2O3 o SiO2, que no només té un diafragma comú, sinó que també té una estabilitat tèrmica del material de l&39;elèctrode positiu. utilitzar.

MIAO et al, fabricació de nano no teixit de poliimida preparada pel mètode de filatura electrostàtica. Els mitjans de caracterització semblants a DR i TGA mostren que no només pot mantenir l&39;estabilitat tèrmica a 500 ° C, sinó que també té una millor infiltració d&39;electròlits en relació amb el diafragma CELGARD. WANG et al van preparar una membrana microporosa nanoscòpica AL2O3-PVDF, que presenta bones propietats electroquímiques i estabilitat tèrmica, satisfent l&39;ús de separadors de bateries d&39;ions de liti.

3 Resum i esperem les bateries d&39;ió de liti per a vehicles elèctrics i emmagatzematge d&39;energia, que és molt més gran que els petits equips electrònics, i l&39;entorn d&39;ús és més complicat. En resum, podem veure que la seva seguretat està lluny de resoldre&39;s, i s&39;ha convertit en el coll d&39;ampolla tècnic actual. Els treballs posteriors han d&39;aprofundir en l&39;efecte tèrmic que pot provocar la bateria després d&39;un funcionament anormal i trobar una manera eficaç de millorar el rendiment de seguretat de la bateria d&39;ions de liti.

Actualment, l&39;ús de dissolvents que contenen fluor i additius retardants de flama és una adreça important per desenvolupar una bateria d&39;ió de liti de tipus de seguretat. Com equilibrar el rendiment electroquímic i la seguretat a altes temperatures serà el focus de recerca futura. Per exemple, es desenvolupa un conjunt integrat P, N, F i CL ignífug compost d&39;alt rendiment i es desenvolupa un dissolvent orgànic amb un punt d&39;ebullició elevat, un punt d&39;inflamació elevat i es produeix una solució electrolítica d&39;alt rendiment de seguretat.

Els retardants de flama compostos, els additius de doble funció també es convertiran en tendències de desenvolupament futures. Pel que fa al material de l&39;elèctrode de la bateria d&39;ions de liti, les propietats químiques superficials del material són diferents, el grau de sensibilitat del material de l&39;elèctrode sobre el potencial de càrrega i descàrrega és inconsistent i és impossible utilitzar un o diversos elèctrodes / electròlits / additius limitats a tot el disseny estructural de la bateria. Per tant, en el futur, hauríem de centrar-nos a desenvolupar diferents sistemes de bateries per a materials d&39;elèctrodes específics.

Al mateix temps, també està desenvolupant un sistema de bateries de polímer d&39;ions de liti amb alta seguretat o el desenvolupament d&39;electròlits sòlids inorgànics amb un únic catió conductor i transport ràpid d&39;ions i alta termoestabilitat. A més, la millora del rendiment del líquid iònic, el desenvolupament de sistemes sintètics senzills i barats també és una part important de la investigació futura.