Ngano nga ang kainit sa baterya dili makontrol? Mao ba kini ang hinungdan sa short circuit?

Awtor: Iflowpower - Portable Power Station Supplier

Ang high-kaysa-enerhiya nga gahum sa lithium nga baterya mao ang mahal sa industriya sa baterya karon, bisan pa, kung mas dako ang kusog, lahi usab ang kaluwasan. Ang mekanismo sa pagkapakyas sa baterya komplikado usab kaayo. Kung gitun-an ang thermal out-control nga mekanismo sa baterya, ang mga tawo kaniadto nakahimo sa pag-analisar sa thermal nga tubag sa usa ka module sa baterya, sama sa mga cathodes, anodes, diaphragms, ug electrolytes.

Pananglitan, ang diaphragm shrinkage o dili kompleto nga pagsira kinahanglan nga madugangan ang karon nga densidad, nga moresulta sa lokal nga overheating o bisan hinungdan nga ang thermal dili makontrol sa baterya. Busa, ang pag-andam sa usa ka taas nga thermal stabilizing diaphragm usa sa mga paagi aron mapaayo ang kaluwasan sa baterya. Apan, ang problema mao, sa unsang paagi ang high-fever stabilizing diaphragm aron masulbad ang problema sa kaluwasan sa baterya? Gipangita kaayo karon nga full solid electrolyte (solid ceramic ug polymer electrolyte mipuli sa tradisyonal nga diaphragm ug electrolyte), mahimo ba kini nga hingpit nga makunhuran ang kaluwasan sa baterya? Bag-ohay lang, ang Qinghua University Ouyang Ming Te Team nagpunting nga ang disenyo sa kaluwasan sa power lithium battery dili lamang aron mapalambo ang kaluwasan sa usa ka materyal, apan kinahanglan magsugod gikan sa lebel sa sistema.

Giisip sa tagsulat ang mga hinungdan sa lebel sa baterya ug lebel sa materyal, ug gitun-an ang mekanismo sa pagkontrol sa thermal sa gahum sa lithium nga baterya. Ang pagtuon gibase sa graphite isip anode, single crystal layer Li0.5Mn0.

Ang 3CO0.2O2 (NMC532) usa ka 25aH-type nga power lithium battery sa PET / ceramic nonwoven fabric isip diaphragm. Ang mga tagsulat nag-analisar sa cathode gas, structural (phase) nga pagbag-o ug init nga henerasyon kung walay anode, kung adunay aktibo nga kahimtang, ug ang cathode gisusi.

Gisugyot nga kon ang cathode release O2 maka-react sa usa ka anode, kini mahimong usa ka seryoso nga potensyal nga problema sa seguridad! Pinaagi sa duha ka bahin sa eksperimento sa mekanismo sa kaluwasan sa disenyo, ang tagsulat una nga nagpahigayon sa pagsulay sa Arc sa tibuok nga baterya, gisundan sa nagkalain-laing mga sangkap sa baterya. Lakip niini, ang EV-ARC test nagrekord sa tibuok nga thermal out-of-control nga proseso sa baterya, ug nakit-an nga ang temperatura sa pagkawala sa kainit sa baterya mas ubos pa kay sa temperatura sa pagkunhod sa kainit sa lamad, nga nagpakita nga ang baterya wala mahitabo tungod sa kapakyasan sa agianan. Dako nga lugar short circuit.

Kini ang una nga taho nga wala’y kontrol sa thermal sa kaso sa internal nga short circuit. Aron matun-an ang piho nga mga mekanismo sa pagpadagan sa kainit, gigamit sa team ang teknolohiya sa DSC aron analisa ang pag-agos sa kainit (cathode, anode, electrolyte, ug kombinasyon niini) sa lainlaing mga sangkap sa baterya; paggamit online taas nga temperatura XRD teknolohiya sa pagtino sa cathode sa panahon sa pagpainit ug kainit pagkadunot, Dugang pa, ang tagsulat naggamit sa synchronous thermal analysis teknolohiya (DSC-TG) ug masa spectrometry (MS), detecting kainit, gibug-aton sa pagkawala ug gas release proseso. Aron mapamatud-an pa ang konklusyon, ang tagsulat dali nga mag-freeze sa liquid nitrogen sa 206 ¡ã C, usa ka serye sa mga sunod-sunod nga pagsulay, lakip ang SEM, ICP-OES ug XPS nga mga pagsulay, lakip ang SEM, ICP-OES ug XPS nga mga pagsulay.

Figure 1 Mga sukaranan nga kabtangan sa gahum sa lithium nga baterya: a. Pag-circulate nga performance ug Kurun efficiency; b. Ultra-rate nga performance Ang power lithium battery nagpakita sa maayo nga cycle performance ug magnification performance.

Ang unang semana nga discharge nga kapasidad mao ang 25.04ah, sa gihapon 24.08ah human sa 292 ka semana, ug ang kapasidad retention rate mao ang ingon ka taas sa 96%.

Bisan sa 4C, aduna gihapoy 21.5ah nga kapasidad. Figure 2 Ang pagsukod sa thermal nga wala makontrol sa power lithium battery gamit ang EV + ARC.

Ang gamay nga hulagway mao ang autopilot phase (0-105s) nga mga tagsulat naggamit sa EV + ARC aron mamonitor ang thermal nga dili makontrol sa power lithium battery. Ang T1 mao ang pagsugod sa temperatura sa pagpainit sa kaugalingon, ang T2 mao ang init nga dili kontrolado nga temperatura (TR), ang T3 mao ang pinakataas nga temperatura. T1 kay 115.

2 ¡ã C. Eksaktong rekord sa instrumento ubos niining proseso sa pagtaas sa temperatura (T1→T2) kemikal nga side reaction. Una, ang SEI film decomposition sa anode hinungdan sa gibutyag anode anode sa electrolyte sa pagporma sa usa ka bag-o nga SEI film, ug kainit mao usab ang kainit; Ang SEI kanunay nga gisubli, nga miresulta sa pagkahanaw ug dili organikong mga sangkap sa anode ibabaw nga bahin sa carbonate nga Pagtaas; mahitabo ang side reaction, hinungdan nga motaas ang temperatura hangtod nga mawala ang init nga temperatura TR (T2 = 231 ¡ã C).

Niini nga panahon, ang indeks sa temperatura sa baterya nagkataas, ug ang exothermic nga reaksyon grabe kaayo. Uban sa battery release sa usa ka dako nga kantidad sa aso; Dugang pa, ang pagpalapad sa gidaghanon sa baterya klaro kaayo, nga nagpamatuod nga ang exothermic side reaction niini nga proseso tungod sa usa ka gas. Human makaabot sa T2, ang temperatura sa baterya sulod sa pipila ka segundos, paspas nga misaka ngadto sa 815 ¡ã C aron makab-ot ang pinakataas nga bili nga T3.

Figure 325AHSC-NMC532 / graphite thermal out-of-control nga kinaiya A. Ang relasyon tali sa rate sa pagkawala sa kainit, rate sa pagtaas sa temperatura, boltahe sa baterya ug internal nga pagsukol ug hingpit nga temperatura; B. Sa wala pa ang pagkawala sa kainit, ang internal nga pagsukol nagsunod sa hingpit nga pagbag-o sa temperatura (bahin sa numero) Kung ang thermal out-of-control, ang boltahe sa baterya magkalainlain sa hingpit nga temperatura sa usa ka mas komprehensibo nga pagtuon sa internal nga reaksyon sa baterya.

Kung gisulayan ang mga tagsulat, ang mga pagbag-o sa tinuud nga oras sa boltahe ug pagsukol sa sulud natala. Figure 3A, human sa turning point sa temperatura pagtaas rate mahitabo human sa 160 ¡ã C, T1 (115.2 ¡ã C), nga may kalabutan sa balik-balik nga pagporma sa SEI ug ang pagkadunot sa LiPF6, kini nga proseso accelerates kainit ug gas produksyon.

Ang pagbag-o sa boltahe nagpakita nga ang thermal out of control (T2 = 231 ¡ã C) mahitabo, ang boltahe gipadayon labaw sa 2.0V, nga nagpamatuod nga walay short circuit. Ang mga pagbag-o sa internal nga resistensya sa baterya gibahin sa upat ka hugna: yugto I ( <145 ¡ã C), the internal resistance is slow to 22.

1M. Dili kaayo pagsalig; stage II (145175 ¡ã C), internal nga pagsukol 22.1m→143.

3m. Ang bag sa baterya nabuak sa 145 ¡ã C, nagpadali sa pag-atake sa electrolyte, hinungdan sa pagtaas sa internal nga pagsukol; ang pagtaas sa impedance sa cathode nagdugang usab sa internal nga pagsukol sa baterya; ang pagkadunot sa anode nga nawong SEi hinungdan sa bag-o nga pagdugang sa dili organikong mga sangkap, pagkunhod sa ion conductance, usab Resulta sa dugang nga battery internal nga pagsukol; stage III (180231 ¡ã C), internal nga pagsukol 143.3m→56.

5m. Sa wala pa ang pagkawala sa kainit, ang pagkunhod sa internal nga pagsukol tungod sa pagkabungkag sa transisyon nga metal ug ang pagkadunot sa lithium salt, makumpirma sa ulahi; stage IV (> 231 ¡ã C), internal nga pagsukol 56.5m→1011.

2m. Human sa pagkawala sa kainit, ang baterya masunog, ang boltahe paspas nga nahulog sa pipila ka mga segundo, ug ang internal nga pagsukol dayon paspas nga misaka sa 1011.2m.

Niini nga panahon, ang diaphragm nabungkag, ang baterya hingpit nga napakyas. Figure 4PET-ceramic non-woven sealing structure ug thermal stability: PET-ceramic nonwoven nga mga tela human sa thermal stability test (temperatura sa lawak 450 ¡ã C), SEM scan, temperatura sa lawak ug 450 ¡ã C morphology ug mga elemento sa pagmapa Human sa 500 ¡ã C sa temperatura sa lawak, ang DSC nga pag-agos sa kainit ug ang pagtaas sa temperatura sa TGAm nawala sa diaphragm ug TGA ã ang pagkawala sa timbang sa diaphragm. C / min; PET-ceramic nonwoven fabric diaphragm, ang ilustrasyon sa gipadak-an nga SEM nga litrato sa Al2O3; cross-sectional view, Al2O3 particles Ang PET nonwoven fabric fibers nga giputos sa conventional PP, PE diaphragm nagpakita sa maayo kaayo nga thermal stability. Ingon sa gipakita sa Figure 4A, sa 230 ¡ã C sulod sa 30 min, gamay ra kaayo nga pagkunhod sa kainit ang mahitabo (1.

2%). Ingon sa gipakita sa Figure 4B, ang PET natunaw sa pagbalhin sa kainit sa 257 ¡ã C, ug ang pagkadaot nga nag-uban sa gibug-aton sa 432 ¡ã C. Ang SEM sa Figure 4C nagpakita nga ang non-woven PET nanofibers gisulod sa ceramic particles, dili double-sided coating sa ceramic particles.

Figure 4C seksyon SEM nagpakita nga ang diaphragm mao ang 19.5μM Figure 5 Sulayi ang heat-conducting condition sa matag component sa charge state battery pinaagi sa DSC: a. Sa diha nga ang electrolytic solusyon anaa, ang bayad electrode (Ce); b.

Sa presensya sa electrolyte, ang bayad electrode. Usa ka anode; CA katod; ELE electrolyte; CE charger electrode Figure 5a nagpakita nga ang cathode ug ang anode mas ubos pa kay sa kainit nga kaliwatan sa cathode ug sa anode coexistence; Ang Figure 5B nagpakita nga ang presensya o pagkawala sa electrolyte Walay mahinungdanong epekto. Busa, bisan unsa pa ang electrolyte anaa, isagol ang cathode ug ang anode, adunay daghang kainit.

Ang tagsulat nangagpas nga adunay us aka paggamit tali sa cathode anode, nga mahimo nga usa ka kemikal nga reaksyon. Figure 6 Structural transformation, heat generation ug O2 release sa charge cathode material: a. Taas nga temperatura XRDB.

Sa lainlaing mga temperatura, ang on-site nga kainit ug pagpagawas sa DSC ug TGA-MS nga sistema gisukod kung ang taas nga temperatura, Dithodium NMC Dili lig-on, ang pagbag-o sa istruktura mag-uban sa pagpagawas sa O2. Ang tagsulat nangagpas nga ang hinungdan sa thermal out-of control mao ang pagpagawas sa us aka paggamit tali sa O2 ug sa anode. Ang Figure 6A nagpakita nga ang NMC 532 nagsugod sa pagbag-o sa transisyon sa layered structure ngadto sa spinel structure sa 350 ¡ã C hangtod sa 350 ¡ã C.

Gipakita sa Figure 6B nga ang MS curve sa pagtuon sa heat DSC curves ug ang pagpagawas sa O2 nahiuyon sa structural variation, ug adunay peak sa 276 ¡ã C, nga nagpasabot sa seryoso nga pagbag-o sa hugna. Figure 7 mao ang taliwala sa nag-charge sa estado cathode ug sa anode, interference sa taliwala sa kemikal nga lebel sa reaksyon: usa ka bulag nga charge cathode, usa ka peak sa lig-on nga oxygen release; bisan pa, kung ang cathode ug anode sa estado sa pag-charge naa, sa panguna wala’y dosis Apan, sa parehas nga agwat sa temperatura, ang paghimo sa kainit labi ka dako, ug ang estado sa pag-charge gibuhian sa taas nga temperatura base sa eskematiko sa us aka interference sa kemikal nga reaksyon, ug gamay ra nga kantidad sa kainit ang gipagawas; kung adunay anode, ang kainit sa O2 dili makontrol. Busa, alang sa kaluwasan sa mekanikal nga lithium nga sistema sa baterya, ang sistema sa pagdumala sa kainit kinahanglan nga mokuha sa interbensyon sa dili pa ang thermal out-of control, kung dili lisud ang pagpugong sa baterya gikan sa pagpabuto bisan kung ang likido nga nitrogen adunay labing kusog nga function sa pagwagtang sa kainit.

Figure 8 Atol sa panghitabo sa pagkawala sa kainit, ang kinaiya sa liquid nitrogen kay frozen pinaagi sa liquid nitrogen, ang kausaban curve sa liquid nitrogen, battery temperatura ug boltahe idugang sa 206 ¡ã C, ug ang ilustrasyon mao ang atubangan nga nawong (I) ug ang kilid nawong sa baterya human sa liquid nitrogen makapabugnaw (II) Litrato; Z-type nga lamination structure ug battery human sa pagpabugnaw sa liquid nitrogen sa 206 ¡ã C, litrato liquid nitrogen sa internal cathode, anode ug diaphragm, paspas nga paubos ngadto sa -100 ¡ã C sa battery nga 206 ¡ã C, bisan tuod ang kilid sa pre-battery bag kay Bracked (Figure 8A). Ang Figure 8B nagpakita sa decomposed nga module sa baterya, walay makita nga lungag o kadaot sa nawong sa nawong, nga nagpakita nga kini nagmintinar sa kalig-on sa boltahe ug epektibo nga nagpugong sa mubo nga sirkito; ang cathode nawong ug ang katugbang nga diaphragm mga itom nga bakus, nga mao ang Ni, CO, MN transisyon metal deposition Walay signifi.