Hvorfor er batterivarmen ude af kontrol? Er det årsagen til kortslutningen?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Портативті электр станциясының жеткізушісі

Højt-end-energi-lithium-batteri er batteriindustriens elskede i dag, men jo større energi er sikkerheden også anderledes. Batteriets fejlmekanisme er også meget kompliceret. Når man studerer batteriets termiske ud-kontrolmekanisme, har folk tidligere været i stand til at analysere den termiske reaktion på et enkelt batterimodul, såsom katoder, anoder, membraner og elektrolytter.

For eksempel er membrankrympning eller ufuldstændig lukning bundet til at øge strømtætheden, hvilket resulterer i lokal overophedning eller endda forårsager, at termikken ude af kontrol af batteriet. Derfor er forberedelsen af ​​en høj termisk stabiliserende membran en af ​​måderne til at forbedre batterisikkerheden. Men problemet er, hvordan skal den høj-feber stabiliserende membran løse batteriets sikkerhedsproblem? Nutidens meget eftertragtede fuld faste elektrolyt (fast keramik og polymer elektrolyt erstatter traditionel membran og elektrolyt), kan den reducere batterisikkerheden grundigt? For nylig påpegede Qinghua University Ouyang Ming Te Team, at sikkerhedsdesignet af power-lithium-batteriet ikke kun er at forbedre sikkerheden for et enkelt materiale, men bør starte fra systemniveauet.

Forfatteren tager hensyn til faktorerne for batteriniveauet og materialeniveauet, og den termiske ud-kontrolmekanisme af power-lithium-batteriet studeres. Undersøgelsen er baseret på grafit som en anode, enkeltkrystallag Li0.5Mn0.

3CO0.2O2 (NMC532) er et 25aH-type power lithium-batteri af PET/keramisk nonwoven-stof som en membran. Forfatterne analyserer katodegassen, strukturel (fase) transformation og varmeudvikling, når der ikke er nogen anode, når der er en aktiv tilstand, og katoden analyseres.

Det foreslås, at hvis katodefrigivelsen O2 kan reagere med en anode, vil det være et alvorligt potentielt sikkerhedsproblem! Gennem de to dele af designsikkerhedsmekanismeeksperimentet udfører forfatteren først buetest af hele batteriet, efterfulgt af de forskellige komponenter i batteriet. Blandt dem registrerer EV-ARC-testen hele den termiske ude af kontrol-proces af batteriet, og det viser sig, at batteriets varmetabstemperatur er endnu lavere end membranens varmekrympningstemperatur, hvilket indikerer, at batteriet ikke er opstået på grund af svigt i passagen. Stort område kortslutning.

Dette er den første rapport uden at termikken er ude af kontrol i tilfælde af intern kortslutning. For at studere specifikke varmeledende mekanismer, bruger teamet DSC-teknologi til at analysere varmestrømmen (katode, anode, elektrolyt og kombinationen deraf) af forskellige batterikomponenter; brug online højtemperatur XRD-teknologi til at bestemme katoden under opvarmning og termisk nedbrydning. Yderligere bruger forfatteren synkron termisk analyseteknologi (DSC-TG) og massespektrometri (MS), der detekterer varme, vægttab og gasfrigivelsesproces. For yderligere at bekræfte konklusionen vil forfatteren hurtigt nedfryse det flydende nitrogen i 206 ¡ã C, en række efterfølgende test, herunder SEM, ICP-OES og XPS test, herunder SEM, ICP-OES og XPS test.

Figur 1 Grundlæggende egenskaber for det elektriske lithiumbatteri: a. Cirkulerende ydeevne og Kurun effektivitet; b. Ultra-rate ydeevne Det kraftfulde lithiumbatteri udviser god cyklusydelse og forstørrelsesydelse.

Den første uges afladningskapacitet er 25,04ah, stadig 24,08ah efter 292 uger, og kapacitetsretentionsraten er så høj som 96%.

Selv ved 4C er der stadig en kapacitet på 21,5ah. Figur 2 Måling af termikken ude af kontrol af power-lithium-batteriet ved hjælp af EV + ARC.

Det lille billede er autopilotfasen (0-105s) forfattere bruger EV + ARC til at overvåge termikken ude af kontrol af power-lithium-batteriet. T1 er starttemperaturen for selvopvarmningen, T2 er den termiske ude af kontrol temperatur (TR), T3 er den højeste temperatur. T1 er 115.

2 ¡ã C. Præcis registrering af instrumentet under denne temperaturstigningsproces (T1→T2) kemisk sidereaktion. For det første forårsager SEI-filmnedbrydningen af ​​anoden, at den eksponerede anode-anode til elektrolytten danner en ny SEI-film, og varme er også varme; SEI gentages konstant, hvilket resulterer i forsvindende og uorganiske komponenter af anodeoverfladecarbonatkomponent stiger; opstår sidereaktionen, hvilket får temperaturen til at stige indtil varmetabstemperaturen TR (T2 = 231 ¡ã C).

På dette tidspunkt stiger batteritemperaturindekset, og den eksoterme reaktion er ekstremt intens. Med batteriet frigive en stor mængde røg; desuden er volumenudvidelsen af ​​batteriet meget tydelig, hvilket beviser, at den eksoterme bireaktion af denne proces er forårsaget af en gas. Efter at have nået T2, er batteritemperaturen inden for et par sekunder, hurtigt øget til 815 ¡ã C for at opnå den højeste værdi T3.

Figur 325AHSC-NMC532 / grafit termisk ude af kontrol karakterisering A. Forholdet mellem varmetabshastigheden, temperaturstigningshastigheden, batterispænding og intern modstand og absolut temperatur; B. Før varmetabet følger den indre modstand den absolutte temperaturændring (del af figuren) Når den termiske ude af kontrol, varierer batterispændingen med absolutte temperaturer til en mere omfattende undersøgelse af batteriets indre reaktion.

Når forfatterne testes, registreres ændringerne i realtid af spænding og intern modstand. Figur 3A, efter vendepunktet for temperaturstigningshastigheden sker efter 160 ¡ã C, T1 (115,2 ¡ã C), som er relateret til den gentagne dannelse af SEI og nedbrydningen af ​​LiPF6, accelererer denne proces varme- og gasproduktionen.

Spændingsændringen viser, at den termiske ude af kontrol (T2 = 231 ¡ã C) opstår, spændingen holdes over 2,0V, hvilket beviser, at der ikke er nogen kortslutning. Ændringer i batteriets interne modstand er opdelt i fire faser: trin I ( <145 ¡ã C), the internal resistance is slow to 22.

1M. Mindre afhængighed; trin II (145175 ¡ã C), indre modstand 22,1m→143.

3m. Batteriposen er knækket ved 145 ¡ã C, accelererer elektrolytangrebet, hvilket forårsager en stigning i den indre modstand; stigningen i katodeimpedansen øger også batteriets indre modstand; nedbrydningen af ​​anodeoverfladen SEi forårsager nye stigende uorganiske komponenter, hvilket reducerer ionkonduktans, hvilket også resulterer i øget batteri intern modstand; trin III (180231 ¡ã C), indre modstand 143,3m→56.

5m. Før varmetabet, er reduktionen i indre modstand på grund af opløsningen af ​​overgangsmetallet og nedbrydningen af ​​lithiumsaltet, vil blive bekræftet senere; trin IV (> 231 ¡ã C), indre modstand 56,5m→1011.

2m. Efter varmetabet forbrænder batteriet, spændingen falder hurtigt på få sekunder, og den indre modstand stiger derefter hurtigt til 1011,2m.

På dette tidspunkt er membranen desintegreret, batteriet er fuldstændigt svigtet. Figur 4PET-keramisk ikke-vævet tætningsstruktur og termisk stabilitet: PET-keramiske ikke-vævede stoffer efter termisk stabilitetstest (rumtemperatur 450 ¡ã C), SEM-scanning, stuetemperatur og 450 ¡ã C morfologi og kortlægning af elementer. 10 ¡ã C/min; PET-keramisk nonwoven stof membran, illustrationen af ​​et forstørret SEM-foto af Al2O3; tværsnitsbillede, Al2O3-partikler. PET-nonwoven-stoffibrene pakket ind i konventionel PP, PE-membran viste fremragende termisk stabilitet. Som vist i figur 4A, i 230 ¡ã C i 30 minutter, forekommer kun meget lille varmekrympning (1.

2%). Som vist i figur 4B smeltes PET med varmeoverførsel ved 257 ¡ã C og nedbrydning ledsagende vægt ved 432 ¡ã C. SEM i figur 4C indikerer, at ikke-vævede PET-nanofibre er indlejret i keramiske partikler, ikke en dobbeltsidet belægning af keramiske partikler.

Figur 4C sektion SEM indikerer, at membranen er 19.5μM Figur 5 Test de varmeledende forhold for hver komponent i ladetilstandsbatteriet gennem DSC&39;en: a. Når den elektrolytiske opløsning er til stede, ladningselektroden (Ce); b.

I nærvær af elektrolyt, ladningselektroden. En anode; CA katode; ELE elektrolyt; CE ladeelektrode Figur 5a viser, at katoden og anoden er langt mindre end varmegenereringen af ​​katoden og anodens sameksistens; Figur 5B viser, at tilstedeværelsen eller fraværet af elektrolyt. Der er ingen væsentlig påvirkning. Derfor, uanset om elektrolytten er til stede, bland katoden og anoden, så vil der være meget varme.

Forfatteren spekulerer i, at der er en gensidig brug mellem katodeanoden, hvilket kan være en kemisk reaktion. Figur 6 Strukturel transformation, varmedannelse og O2-frigivelse af ladningskatodematerialet: a. Høj temperatur XRDB.

Ved forskellige temperaturer måles opvarmningen og frigivelsen af ​​DSC- og TGA-MS-systemet ved høj temperatur, Dithodium NMC Ikke stabil, strukturel transformation vil ledsage O2-frigivelsen. Forfatteren spekulerer i, at årsagen til termisk ude af kontrol er frigivelsen af ​​den gensidige brug mellem O2 og anoden. Figur 6A viser, at NMC 532 begynder at ændre overgangen af ​​den lagdelte struktur til spinelstrukturen ved 350 ¡ã C indtil 350 ¡ã C.

Figur 6B viser, at MS-kurven for undersøgelsen af ​​varme DSC-kurver og frigivelsen af ​​O2 er i overensstemmelse med den strukturelle variation, og der er en top ved 276 ¡ã C, hvilket betyder alvorlig fasetransformation. Figur 7 er mellem ladetilstandskatoden og anoden, interferens mellem det kemiske reaktionsniveau: en separat ladningskatode, en top af stærk oxygenfrigivelse; men når katoden og anoden af ​​ladetilstanden er til stede, er der som udgangspunkt ingen dosering. Men i samme temperaturinterval er produktionen af ​​varme betydeligt større, og ladetilstanden frigives ved høje temperaturer baseret på den gensidige interferensskema over den kemiske reaktion, og kun en lille mængde varme frigives; når der er en anode, er O2-varme ude af kontrol. Derfor, af hensyn til det mekaniske lithiumbatterisystems sikkerhed, bør det termiske styringssystem tage indgreb, før den termiske ude af kontrol, ellers er det vanskeligt at forhindre batteriet i at blive fyret, selvom det flydende nitrogen har den stærkeste varmeafledningsfunktion.

Figur 8 Under forekomsten af ​​varmetab fastfryses karakteriseringen af ​​flydende nitrogen af ​​flydende nitrogen, ændringskurven for flydende nitrogen, batteritemperatur og spænding tilføjes ved 206 ¡ã C, og illustrationen er forsiden (I) og sidefladen af ​​batteriet efter flydende nitrogenafkøling (II) Foto; Z-type lamineringsstruktur og batteri efter afkøling i flydende nitrogen ved 206 ¡ã C, foto flydende nitrogen i den indvendige katode, anode og membran, hurtigt ned til -100 ¡ã C i batteriet på 206 ¡ã C, selvom siden af ​​præbatteriposen er brakket (Figur 8A). Figur 8B viser det nedbrudte batterimodul, intet synligt hul eller beskadiget overflade, hvilket indikerer, at det opretholder spændingsstabilitet og effektivt forhindrer kortslutning; katodeoverfladen og den tilsvarende membran er sort bælte, som er Ni, CO, MN overgangsmetalaflejring No signifi.