Pokroky ve výzkumu tepelné ztráty nabíjecí lithiové baterie

著者：Iflowpower – Dodávateľ prenosných elektrární

Abstrakt: Souhrn nejnovějších pokroků a vývojových vyhlídek pro výzkum vysoce bezpečných lithium-iontových baterií. Důležité z vysoké teplotní stability elektrolytů a elektrod, příčiny tepelné nestability lithium-iontových baterií a jejich mechanismů objasnily, že stávající komerční lithium-iontový bateriový systém je při vysokých teplotách nedostatečný, navrhuje vyvinout vysokoteplotní elektrolyty, pozitivní a negativní modifikace a externí správu baterií atd. navrhnout vysoce bezpečné lithium-iontové baterie.

Výhled na vývoj technické perspektivy vývoje bezpečnostních lithium-iontových baterií. 0 Úvod Lithium-iontové baterie se stávají typickým představitelem nového typu energie díky své nízké ceně, vysokému výkonu, vysokému výkonu a ekologickému prostředí, široce používanému v 3C digitálních produktech, mobilním napájení a elektrickém nářadí. V posledních letech, kvůli intenzifikaci znečištění životního prostředí a národním politickým pokynům, zvýšil trh s elektrickými vozidly na bázi lithium-iontových baterií poptávku po lithium-iontových bateriích, v procesu vývoje vysoce výkonných lithium-iontových bateriových systémů přitáhly otázky bezpečnosti baterií rozsáhlou pozornost , Stávající problémy je naléhavě nutné dále řešit.

Změna teploty bateriového systému je dána vznikem tepla a rozdělenými dvěma faktory. Výskyt tepla lithium-iontové baterie je důležitý, je způsoben reakcí mezi tepelným rozkladem a materiálem baterie. Snižte teplo bateriového systému a zlepšujte výkon systému proti vysokým teplotám, bateriový systém je bezpečný.

A malá přenosná zařízení, jako jsou mobilní telefony, kapacita baterie notebooku je obecně menší než 2AH a kapacita lithium-iontové baterie používané v elektrických vozidlech je obecně větší než 10ah a místní teplota je často vyšší než 55 °C během normálního provozu a vnitřní teplota dosáhne 300 °C, za vysokých teplot nebo za podmínek vysoké rychlosti nabíjení a vybíjení způsobí zvýšení teploty a bočního spalování baterie, případně hořlavost, organickou hořlavost a hořlavost nebo výbuch [3]. Kromě vlastních faktorů chemické odezvy mají někteří lidé zkrat způsobený přehřátím, předjížděním a mechanickým nárazem, některé umělé faktory mohou také vést k výskytu lithium-iontové baterie, která způsobí bezpečnostní nehody. Proto je důležité studovat a zlepšovat vysokoteplotní výkon lithium-iontových baterií.

1 příčina teplotní mimo kontrolu analýza tepelné mimo kontrolu lithium-iontové baterie je důležitá, protože vnitřní teplota baterie stoupá. V současnosti je nejrozšířenějším elektrolytickým systémem v komerčních lithium-iontových bateriích směsný uhličitanový roztok LiPF6. Takové rozpouštědlo má vysokou těkavost, nízký bod vzplanutí, velmi snadno se spaluje.

Když dojde k vnitřnímu zkratu způsobenému kolizí nebo deformaci, vysoké rychlosti nabíjení a vybíjení a předběhnutí, dojde k velkému zahřívání, což má za následek zvýšení teploty baterie. Při dosažení určité teploty způsobí série rozkladných reakcí zničení tepelné rovnováhy baterie. Když teplo uvolněné těmito chemickými reakcemi nemůže být včas evakuováno, zhorší to průběh reakce a spustí řadu samozahřívacích vedlejších reakcí.

Teplota baterie prudce stoupne, to znamená, že se „vymkne kontrole“, což nakonec vede ke spálení baterie a dokonce k vážnému výbuchu. Obecně je příčina tepelné nekontrolovatelnosti lithium-iontové baterie důležitá v tepelné nestabilitě elektrolytu, stejně jako tepelné nestabilitě elektrolytu a koexistence kladné a záporné elektrody. V současnosti je bezpečnost lithium-iontových baterií z velkého hlediska důležitá z hlediska externího řízení a vnitřního návrhu pro řízení vnitřní teploty, napětí a tlaku vzduchu pro dosažení bezpečnostních účelů.

2 Vyřešte strategii tepelné mimo kontrolu 2. Externí řízení 1) Komponenta PTC (kladný teplotní koeficient): Nainstalujte komponentu PTC do lithium-iontové baterie, která zohledňuje tlak a teplotu uvnitř baterie, a když se baterie zahřeje přebitím, baterie je 10 Odpor se zvyšuje, aby se omezil proud, a napětí mezi kladným a záporným pólem se sníží na bezpečné napětí, aby byla realizována funkce automatické ochrany baterie. 2) Ventil odolný proti výbuchu: Když je baterie příliš velká kvůli abnormálnímu stavu, dojde k deformaci ventilu odolného proti výbuchu, který bude umístěn uvnitř baterie, která má být připojena, zastavte nabíjení.

3) Elektronika: 2 ~ 4 baterie mohou ozdobit lithiový iontový chránič, zabránit přebití a nadměrnému vybití, zabránit bezpečnostním nehodám, prodloužit životnost baterie. Tyto externí způsoby ovládání mají samozřejmě určitý vliv, ale tato přídavná zařízení přidala na složitosti a výrobních nákladech baterie a nemohou zcela vyřešit problém bezpečnosti baterie. Proto je nutné vytvořit mechanismus ochrany vnitřní bezpečnosti.

2.2 Zlepšení elektrolytu elektrolyt elektrolytu jako lithium-iontové baterie, povaha elektrolytu přímo určuje výkon baterie, kapacita baterie, rozsah provozních teplot, výkon cyklu a bezpečnost jsou důležité. V současné době jsou komerční systémy elektrolytických roztoků lithium-iontových baterií, nejrozšířenějším složením je LIPF6, vinylkarbonát a lineární uhličitan.

Přední strana je nepostradatelnou přísadou a jejich použití má i určitá omezení z hlediska výkonu baterie. Současně je v elektrolytu použito velké množství nízkovroucího, nízkého bodu vzplanutí karbonátového rozpouštědla, které bude při nižších teplotách. Flash, existuje velké bezpečnostní riziko.

Proto se mnoho výzkumníků snaží zlepšit elektrolytický systém, aby se zlepšila bezpečnost elektrolytů. V případě, kdy se materiál hlavního těla baterie (včetně materiálu elektrody, materiálu membrány, materiálu elektrolytu) během krátké doby nezmění, je stabilita elektrolytu důležitým způsobem, jak zvýšit bezpečnost lithium-iontových baterií. 2.

2.1 Funkční aditivní funkce aditiva mají nižší dávkování, cílenou vlastnost. To znamená, že může výrazně zlepšit určitý makroskopický výkon baterie bez změny výrobního procesu bez změny nebo v podstatě nulových nákladů na novou baterii.

Proto se funkční přísady staly horkým místem v dnešních lithium-iontových bateriích, což je jedna z nejslibnějších cest, které jsou v současné době nejslibnějším patogenním řešením elektrolytu lithium-iontových baterií. Základní použití aditiva je zamezení příliš vysoké teploty baterie a omezení napětí baterie na regulační rozsah. Proto je návrh aditiva posuzován i z hlediska teploty a potenciálu nabíjení.

Přísada zpomalující hoření: Přísada zpomalující hoření lze také rozdělit na přísady zpomalující hoření organického fosforu, přísadu zpomalující hoření obsahující sloučeninu, přísadu zpomalující hoření na bázi křemíku a kompozitní přísadu zpomalující hoření. 5 důležitých kategorií. Organický fosforeskující zpomalovač hoření: Mezi důležité patří některé alkylfosfáty, alkylfosfit, fluorovaný fosfát a fosfátnitrilové sloučeniny.

Mechanismus zpomalující hoření je důležitý pro řetězovou reakci molekul zpomalovače hoření interferujících s volnými vodíkovými radikály, také známý jako mechanismus zachycování volných radikálů. Aditivní zplyňovací rozklad uvolňuje volné radikály obsahující fosfor, což je schopnost volných radikálů ukončit řetězovou reakci. Fosfátový zpomalovač hoření: Důležitý fosfát, triethylfosfát (TEP), tributylfosfát (TBP) atd.

Fosfát nitrilová sloučenina, jako je hexamethyl fosfazen (HMPN), alkyl fosfit, jako je trimethyl fosfit (TMPI), tří-(2,2,2-trifluorethyl), fosfit (TT-FP), ester fluorované kyseliny, jako je tri-(2,2,2-trifluorethyl) fosfát (TFP), di-(2,2,2-trifluorethyl)-trifosfát)MP (2,2,2-trifluorethyl) - diethylfosfát (TDP), fenylfosfát (DPOF) atd. je dobrou přísadou zpomalující hoření. Fosforečnan má typicky relativně vysokou viskozitu, špatnou elektrochemickou stabilitu a přidání zpomalovače hoření má také negativní vliv na iontovou vodivost elektrolytu a reverzibilitu cirkulace elektrolytu, přičemž zvyšuje lomivost elektrolytu.

Obecně je to: 1 obsah uhlíku nových alkylových skupin; 2 aromatická (fenylová) skupina substituovaná alkylová skupina; 3 tvoří cyklickou strukturu fosfát. Organický halogenovaný materiál (halogenované rozpouštědlo): organický halogenový zpomalovač hoření je důležitý pro chřipku chřipku chřipku. Po nahrazení H F se změnily jeho fyzikální vlastnosti, jako je pokles bodu tání, pokles viskozity, zlepšení chemické a elektrochemické stability atd.

Je důležité, aby organický halogenový zpomalovač hoření zahrnoval fluorcyklické uhličitany, uhličitany s fluorovým řetězcem a alkyl-perfluordekanether atd. OHMI a další srovnávací fluorethylether, fluorid obsahující fluoridové sloučeniny ukázaly, že přidání 33,3 % (objemový podíl) 0.

Elektrolyt 67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (objemový poměr 1: 1: 1) má vyšší bod vzplanutí, redukční potenciál je vyšší než u organického rozpouštědla EC, DEC a PC, které může rychle vytvořit SEI film na povrchu přírodního grafitu, zlepšit první nabití a vybití Cullenovy účinnosti a vybíjecí kapacity. Fluorid sám o sobě nemá využití funkce zachycování volných radikálů výše popsaného zpomalovače hoření, pouze k ředění vysoce těkavých a hořlavých spolurozpouštědel, takže pouze objemový poměr v elektrolytu je většinou (70 %) Když elektrolyt není hořlavý. Kompozitní zpomalovač hoření: Kompozitní zpomalovač hoření, který se v současnosti používá v elektrolytu, má sloučeninu PF a sloučeninu třídy NP, reprezentativní látky mají důležitý hexamethylfosforid (HMPA), fluorofosfát atd.

Zpomalovač hoření má účinek zpomalující hoření synergickým použitím dvou prvků zpomalujících hoření. FEI a kol. Navrhuje dva NP retardéry hoření MEEP a MEE a jejich molekulární vzorec je znázorněn na obrázku 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, elektrolyt může snížit hořlavost o 90% a vodivost může dosáhnout 2,5 × 10-3S / cm. 2) Přebitá přísada: Při přebití lithium-iontové baterie dochází k řadě reakcí.

Elektrolytová složka (důležité je rozpouštědlo), která inverafuje povrch oxidativních rozkladných reakcí na povrchu kladné elektrody, vzniká plyn a uvolňuje se množství tepla, což má za následek zvýšení vnitřního tlaku baterie a zvýšení teploty, a tím je vážně ovlivněna bezpečnost baterie. Z účelového mechanismu je aditivum na ochranu proti přetržení důležité pro typ oxidativního stripování a dva typy typu elektrické polymerace. Podle typu přísady ji lze rozdělit na halogenid lithný, metalocenovou sloučeninu.

V současné době je principem přebytečná přídavná přídavná adapras (BP) a cyklohexylbenzen (CHB) na redoxních přísadách proti skřípnutí, když nabíjecí napětí překročí normální mezní napětí, přísada začíná na kladné elektrodě. Oxidační reakce, oxidační produkt difunduje k záporné elektrodě a dochází k redukční reakci. Oxidace je uzavřena mezi kladným a záporným pólem, absorbuje přebytečný náboj.

Jeho reprezentativními látkami jsou ferrocen a jeho derivát, ferrid 2,2-pyridin a komplex 1,10-sousedního glenolinu, thiolový derivát. Polymerizační blok aditivum proti plnění. Mezi reprezentativní látky patří cyklohexylbenzen, bifenyl a další látky.

Při použití bifenylu jako předem nabité přísady, když napětí dosáhne 4,5 až 4,7 V, přidaný bifenyl je elektrochemicky polymerizován, čímž se na povrchu kladné elektrody vytvoří vrstva vodivého filmu, čímž se zvýší vnitřní odpor baterie, čímž se omezí ochrana nabíjecího proudu baterie.

2.2.2 Iontový kapalný iontový kapalný elektrolyt je zcela složen z jinu a kationtu.

Protože vnitřní ionty nebo kationtové objemy jsou slabé, meziprodukt je slabý, distribuce elektronů je nerovnoměrná a oan-cenzun se může volně pohybovat při pokojové teplotě, která je kapalná. Lze jej rozdělit na imidazol, pyrazol, pyridin, kvartérní amoniovou sůl atd. ve srovnání s běžným organickým rozpouštědlem lithium-iontových baterií mají iontové kapaliny 5 výhod: 1 vysoká tepelná stabilita, 200 ° C se nemůže rozložit; 2 tlak par je téměř 0, nemusíte se starat o baterii; 3 iontová kapalina se nesnadno spaluje Žádná žíravost; 4 má vysokou elektrickou vodivost; 5 chemická nebo elektrochemická stabilita je dobrá.

AN nebo podobně tvoří PP13TFSI a 1Mollipf6ec / Dec (1:1) do elektrolytu, který může dosáhnout zcela nepalivových efektů, a přidat do tohoto systému 2 hmotn. % aditiva liboB pro výrazné zlepšení kompatibility rozhraní. Jediný problém, který je třeba vyřešit, je vodivost iontu v elektrolytickém systému. 2.

2.3 Volba tepelné stability lithiové soli hexafluorfosfát (LiPF6) je široce používaný elektrolyt lithiové soli v komoditní lithium-iontové baterii. Přestože jeho jediná povaha není optimální, jeho celkový výkon je nejvýhodnější.

LiPF6 má však i svou nevýhodu, např. LiPF6 je chemicky a termodynamicky nestabilní a dochází k reakci: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), reakcí generovaný PF5 snadno napadá organické rozpouštědlo v atomu kyslíku Samostatný vůči elektronům, což vede k polymeraci v otevřené smyčce a etherovým vazbám rozpouštědla, tato reakce je zvláště závažná při vysokých teplotách. Současný výzkum vysokoteplotních elektrolytových solí se soustředí na pole organických lithných solí. Reprezentativní látky jsou důležité u solí na bázi boru, lithných solí na bázi iminu.

LIB (C2O4) 2 (liboB) je v posledních letech nově syntetizovaná elektrolytická sůl. Má mnoho vynikajících vlastností, rozkladné teploty 302°C, dokáže vytvořit stabilní SEI film v negativní elektrodě. Zlepšete výkonnost grafitu v elektrolytickém roztoku na bázi PC, ale jeho viskozita je velká, impedance vytvořeného filmu SEI [14].

Teplota rozkladu LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) je 360 ​​°C a iontová vodivost při normální teplotě je o něco nižší než u LiPF6. Elektrochemická stabilita je dobrá a oxidační potenciál je asi 5,0 V, což je nejvíce organická lithná sůl, ale dochází k vážné korozi kapaliny na bázi Al.

2.2.4 Polymerní elektrolyt Mnoho běžných lithium-iontových baterií používá hořlavá a těkavá uhličitanová rozpouštědla, pokud je pravděpodobné, že jejich únik způsobí požár.

Jedná se zejména o výkonnou lithium-iontovou baterii s vysokou kapacitou a vysokou hustotou energie. Namísto použití bezohledných polymerních elektrolytů místo hořlavých organických kapalných elektrolytů může výrazně zlepšit bezpečnost lithium-iontových baterií. Velký pokrok zaznamenal výzkum polymerního elektrolytu, zejména gelového polymerního elektrolytu.

V současnosti se úspěšně používá v komerčních lithium-iontových bateriích. Podle klasifikace polymerního těla je gelový polymerní elektrolyt důležitý v následujících třech kategoriích: polymerní elektrolyt na bázi PAN, polymerní elektrolyt PMMA, polymerní elektrolyt na bázi PVDF. Polymerní elektrolyt gelového typu je však ve skutečnosti výsledkem kompromisu suchého polymerního elektrolytu a kompromisu kapalného elektrolytu a gelové polymerové baterie mají ještě mnoho práce.

2.3 Kladný materiál může určit, že materiál kladné elektrody je nestabilní, když je napětí ve stavu nabití vyšší než 4V, a je snadné vytvářet teplo rozpuštěné při vysokých teplotách, aby se rozložil kyslík, kyslík a organická rozpouštědla dále reagují s velkým množstvím tepla a dalších plynů, což snižuje bezpečnost baterie [2, 17-19]. Proto je reakce kladné elektrody a elektrolytu považována za důležitou příčinu tepla.

U běžného materiálu zlepšit běžnou metodu jeho bezpečnosti je úprava povlaku. Pro povrchové potažení materiálu kladné elektrody MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2 atd., může snížit reakci Die +-zadní kladné a elektrolyt při současném snížení chromatografie kladné elektrody, inhibující fázovou změnu látky kladné elektrody.

Zlepšit její strukturální stabilitu, snížit odolnost kationtů v mřížce proti poruchám, čímž se sníží sekundární reakce cirkulačního procesu. 2.4 Uhlíkový materiál v současné době používá nízký specifický povrch, vyšší nabíjecí a vybíjecí platformu, malou nabíjecí a vybíjecí platformu, relativně vysokou tepelnou stabilitu, relativně dobrý tepelný stav, relativně vysokou termostabilitu, relativně vysokou termostabilitu, relativně vysokou termostabilitu.

Jako jsou uhlíkové mikrokuličky se střední fází (MCMB) nebo Li9Ti5o12 spinelové struktury, která je lepší než strukturální stabilita laminovaného grafitu [20]. Způsob současného zlepšování vlastností uhlíkového materiálu je důležitý pro povrchovou úpravu (oxidace povrchu, povrchová halogenace, uhlíkové plátování, povlakový kov, oxid kovu, polymerní povlak) nebo zavádění kovového nebo nekovového dopování. 2.

5 Membrána, která se v současnosti používá v komerčních lithium-iontových bateriích, je stále polyolefinový materiál a její důležitou nevýhodou je horká a špatná infiltrace elektrolytické tekutiny. K překonání těchto defektů vědci vyzkoušeli mnoho způsobů, jako je hledání materiálů pro tepelnou stabilitu nebo přidání malého množství nanoprášku Al2O3 nebo SiO2, který má nejen společnou membránu, ale má také tepelnou stabilitu materiálu kladné elektrody. použití.

MIAO et al, polyimidová nano netkaná textilie připravená metodou elektrostatického zvlákňování. Charakterizační prostředky podobné DR a TGA ukazují, že dokáže nejen udržet tepelnou stabilitu při 500 °C, ale má také lepší infiltraci elektrolytu ve srovnání s membránou CELGARD. WANG et al připravili nanoskopickou mikroporézní membránu AL2O3-PVDF, která vykazuje dobré elektrochemické vlastnosti a tepelnou stabilitu, vyhovující použití separátorů lithium-iontových baterií.

3 Shrnutí a těšíme se na lithium-iontové baterie pro elektromobily a úložiště energie, které je mnohem větší než u malých elektronických zařízení a prostředí použití je složitější. Stručně řečeno, vidíme, že jeho zabezpečení není zdaleka vyřešeno a stalo se aktuálním technickým úzkým hrdlem. Následná práce by měla být do hloubky zaměřena na tepelný efekt, který může baterie způsobit po abnormálním provozu, a najít účinný způsob, jak zlepšit bezpečnost lithium-iontové baterie.

V současné době je použití rozpouštědel obsahujících fluor a přísad zpomalujících hoření důležitým směrem pro vývoj lithium-iontové baterie bezpečnostního typu. Budoucí výzkum se zaměří na to, jak vyvážit elektrochemický výkon a bezpečnost při vysokých teplotách. Například je vyvinuta vysoce výkonná kompozitní integrální integrovaná sada zpomalující hoření P, N, F a CL a je vyvinuto organické rozpouštědlo s vysokým bodem varu, vysokým bodem vzplanutí a je vyroben elektrolytický roztok s vysokou bezpečností.

Kompozitní retardéry hoření, aditiva s dvojí funkcí se také stanou budoucími vývojovými trendy. Pokud jde o materiál elektrody lithium-iontové baterie, povrchové chemické vlastnosti materiálu jsou různé, stupeň citlivosti materiálu elektrody na nabíjecí a vybíjecí potenciál je nekonzistentní a není možné použít jednu nebo omezeně několik elektrod / elektrolytů / přísad do všech konstrukčních návrhů baterie. Proto bychom se v budoucnu měli zaměřit na vývoj různých bateriových systémů pro konkrétní materiály elektrod.

Zároveň také vyvíjí polymerní lithium-iontový bateriový systém s vysokou bezpečností nebo vývoj anorganického pevného elektrolytu s vodivým jedním kationtem a rychlým transportem iontů a vysokou tepelnou stabilitou. Kromě toho je důležitou součástí budoucího výzkumu zlepšení výkonu iontové kapaliny, vývoj jednoduchých a levných syntetických systémů.