Progresoj en esplorado pri termika perdo de ŝarĝa litia baterio

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Furnizuesi portativ i stacionit të energjisë elektrike

Resumo: Resumo de la plej novaj progresoj kaj evoluaj perspektivoj por esploro pri altsekureca litio-jona baterio. Grava de la alta temperatura stabileco de elektrolitoj kaj elektrodoj, la kaŭzoj de termika nestabileco de litio-jonaj kuirilaroj kaj iliaj mekanismoj klarigis, ke la ekzistanta komerca litio-jona kuirilaro sistemo estas neadekvata ĉe altaj temperaturoj, proponas disvolvi alttemperaturajn elektrolitojn, pozitivajn kaj negativajn modifojn kaj Eksteran kuirilaron, ktp. por desegni altsekurecajn litijonajn bateriojn.

Perspektivo pri la disvolviĝo de la teknika perspektivo de la disvolviĝo de sekurecaj litio-jonaj kuirilaroj. 0 Enkonduko Litiaj jonaj kuirilaroj fariĝas tipa reprezentanto de nova speco de energio pro ĝia malalta kosto, alta rendimento, alta potenco kaj verda medio, vaste uzataj en 3C ciferecaj produktoj, movebla potenco kaj elektraj iloj. En la lastaj jaroj, pro mediopoluado intensigo kaj nacia politika gvidado, elektra veturilo-bazita elektra veturilo merkato pliigis la postulon por litio-jonaj kuirilaroj, en la procezo de disvolvado de alt-potencaj litio-jonaj bateriosistemoj, sekurecaj problemoj altiris ampleksan atenton , Ekzistantaj problemoj urĝe bezonas plu solvi.

La temperaturo ŝanĝo de la baterio sistemo estas determinita de la apero de varmego kaj distribuita du faktoroj. La apero de varmo de litiojona baterio estas grava estas kaŭzita de la reago inter termika putriĝo kaj baterio materialo. Reduktu la varmegon de la kuirilaro kaj plibonigu la sistemon de kontraŭ-alta temperatura agado, la bateriosistemo estas sekura.

Kaj malgrandaj porteblaj ekipaĵoj kiel poŝtelefonoj, la tekkomputila baterio kapablo estas ĝenerale malpli ol 2AH, kaj la potenco-tipa litio-jona baterio kapablo uzata en elektraj veturiloj estas ĝenerale pli granda ol 10ah, kaj la loka temperaturo ofte estas pli alta ol 55 °C dum normala funkciado, kaj la interna temperaturo atingos 300 °C, Sub alta temperaturo aŭ granda rapideco ŝarĝo kaj malŝarĝo kondiĉoj, la solvebla flanka reakcia temperaturo kaŭzos flameblecon de flanka varmo-temperaturo kaj kaŭzos solvivan reakcian temperaturon. eventuale kondukante al termika eksterkontrolo kaj bateria brulado aŭ eksplodo [3]. Krom siaj propraj faktoroj de kemiaj respondaj faktoroj, iuj homoj havas mallongan cirkviton kaŭzitan de varmiĝo, preterpaso kaj mekanika efiko, iuj artefaritaj faktoroj ankaŭ povas konduki al la apero de litio-jona baterio kaŭzi sekurecan akcidentojn. Tial gravas studi kaj plibonigi la alttemperaturan agadon de litio-jonaj kuirilaroj.

1 termika eksterkontrola kaŭzo analizo de la termika eksterkontrolo de la litio-jona baterio estas grava ĉar la interna temperaturo de la baterio altiĝas. Nuntempe, la plej vaste uzata elektrolitsistemo en komercaj litio-jonaj kuirilaroj estas miksita karbonata solvo de LiPF6. Tia solvilo havas altan volatilon, malaltan flampunkton, tre facile brulebla.

Kiam la interna fuŝkontakto kaŭzita de kolizio aŭ deformita, granda imposto ŝargi kaj malŝarĝo kaj preterpaso, estos multe da varmego, rezultigante plialtigon de kuirilaro temperaturo. Atinginte certan temperaturon, serio da malkomponaj reagoj kaŭzos la detruon de la termika ekvilibro de la kuirilaro. Kiam la varmo liberigita de ĉi tiuj kemiaj reakcioj ne povas esti evakuita ĝustatempe, ĝi pligravigos la progresadon de la reago, kaj ekigos serion de mem-varmaj flankaj reagoj.

La bateriotemperaturo akre altiĝas, tio estas, "termika sen kontrolo", eventuale kondukante al la brulado de la baterio, kaj eĉ eksplodo okazas serioze. Ĝenerale, la kaŭzo de termika eksterkontrolo de litio-jona baterio estas grava en la termika nestabileco de la elektrolito, same kiel la termika nestabileco de elektrolito kaj pozitiva kaj negativa elektrodo kunekzistado. Nuntempe, el granda aspekto, la sekureco de litio-jonaj kuirilaroj estas grava de ekstera administrado kaj interna dezajno por kontroli internan temperaturon, tension kaj aerpremon por atingi sekurecajn celojn.

2 Solvu strategion pri termika eksterkontrola 2. Ekstera administrado 1) Komponanto PTC (pozitiva temperaturkoeficiento): Instalu la PTC-komponenton en litiojona baterio, kiu konsideras la premon kaj temperaturon ene de la kuirilaro, kaj kiam la kuirilaro varmiĝas per troŝargo, la baterio estas 10. La rezisto pliiĝas por limigi la kurenton, kaj la tensio inter la pozitiva kaj negativa polusoj reduktiĝas al sekura tensio por realigi la aŭtomatan protektan funkcion de la baterio. 2) Eksplod-pruva valvo: Kiam la kuirilaro estas tro granda pro nenormala, la eksplod-rezista valvo estas misformita, kiu estos metita ene de la baterio por esti konektita, ĉesu ŝarĝi.

3) Elektroniko: 2 ~ 4 baterio-pakaĵoj povas pligrandigi la elektronikan cirkviton-dezajnon de litiojona protektanto, malhelpi troŝarĝon kaj tro-malŝarĝon, malhelpi sekurecaj akcidentoj, plilongigi baterian vivon. Kompreneble, ĉi tiuj eksteraj kontrolaj metodoj havas certan efikon, sed ĉi tiuj aldonaj aparatoj aldonis la kompleksecon kaj produktadkoston de la baterio, kaj ili ne povas tute solvi la problemon de sekureco de la kuirilaro. Tial, necesas establi internan sekurecan protektan mekanismon.

2.2 Plibonigante la elektrolitan elektrolitan elektroliton kiel litijonan baterio, la naturo de la elektrolito rekte determinas la rendimenton de la baterio, la kapaciton de la baterio, la funkcian temperaturon, la ciklo-rendimenton kaj sekurecan agadon estas gravaj. Nuntempe, komercaj litio-jona kuirilaro elektroliza solvo sistemoj, la plej vaste uzata komponado estas LIPF6, vinilo karbonato kaj lineara karbonato.

La fronto estas nemalhavebla ingredienco, kaj ilia uzo ankaŭ havas iujn limigojn rilate al bateria rendimento. Samtempe, granda kvanto da malalta bolado, malalta flampunkto de karbonata solvilo estas uzata en la elektrolito, kiu estos ĉe pli malaltaj temperaturoj. Ekbrilo, estas granda sekureca danĝero.

Tial multaj esploristoj provas plibonigi la elektrolitan sistemon por plibonigi la sekurecan agadon de elektrolitoj. En la kazo kie la ĉefa korpo materialo de la baterio (inkluzive de la elektroda materialo, la diafragma materialo, la elektrolita materialo) ne ŝanĝiĝas en mallonga tempodaŭro, la stabileco de la elektrolito estas grava maniero por plibonigi la sekurecon de litiojonaj kuirilaroj. 2.

2.1 Funkciaj aldonaj funkcioj aldonaĵoj havas malpli dozon, celitan funkcion. Tio estas, ĝi povas signife plibonigi certan makroskopan agadon de la baterio sen ŝanĝi la produktadprocezon sen ŝanĝi aŭ konsiderinde neniujn novajn bateriajn kostojn.

Tial, funkciaj aldonaĵoj fariĝis varma punkto en la hodiaŭa litio-jona baterio, kiu estas unu el la plej promesplenaj vojoj, kiuj estas nuntempe la plej promesplena patogena solvo de litio-jona baterio elektrolito. La baza uzo de la aldonaĵo estas malhelpi la bateriotemperaturon esti tro alta kaj la bateria tensio estas limigita al la kontrolgamo. Tial, la dezajno de la aldonaĵo ankaŭ estas konsiderata de la perspektivo de la temperaturo kaj ŝarga potencialo.

Aldonaĵo kontraŭ flamo: La kontraŭflama aldonaĵo ankaŭ povas esti dividita en organikajn fosforajn kontraŭflamajn aldonaĵojn, nitrogen-enhavantan kunmetitan kontraŭflaman aldonaĵon, silici-bazitan kontraŭflaman aldonaĵon, kaj kunmetitan kontraŭflaman aldonaĵon. 5 gravaj kategorioj. Organika fosforĉel-flame retardanto: Gravaj inkluzivas iom da alkil fosfato, alkilfosfito, fluorina fosfato kaj fosfato nitrilaj komponaĵoj.

La kontraŭflama mekanismo estas grava al la ĉenreakcio de kontraŭflamaj molekuloj influantaj kun hidrogenaj liberaj radikaluloj, ankaŭ konataj kiel libera radikala kapta mekanismo. Aldona gasiga putriĝo liberigas fosfor-enhavantajn liberajn radikalojn, la kapablon de la liberaj radikaluloj ĉesigi ĉenreakcion. Fosfata kontraŭflamo: Grava fosfato, trietilfosfato (TEP), tributilfosfato (TBP), ktp.

Fosfata nitrila komponaĵo kiel heksametilfosfazeno (HMPN), alkilfosfito kiel trimetilfosfito (TMPI), tri - (2,2,2-trifluoretil), fosfito (TT-FP), fluorina acida estero, kiel tri-(2,2,2-trifluoretil) fosfato (TFP), di-(2,2,2-trifluoroetilfosfato), di-(2,2,2-trifluoretil) fosfato (BMP), (2,2,2-trifluoretil) - dietilfosfato (TDP), fenilfosfato (DPOF), ktp. estas bona kontraŭflama aldonaĵo. La fosfato tipe havas relative grandan viskozecon, malbonan elektrokemian stabilecon, kaj la aldono de la kontraŭflamilo ankaŭ havas negativan efikon al la jona kondukteco de la elektrolito kaj la cirkuladreversibileco de la elektrolito dum pliigante la refraktecon de la elektrolito.

Ĝi estas ĝenerale: 1 karbona enhavo de novaj alkilgrupoj; 2 aroma (fenil) grupa parto anstataŭigita alkilgrupo; 3 formas ciklan strukturon fosfato. Organika halogenita materialo (halogenita solvilo): organika halogena flamo retardanto estas grava por gripo gripo gripo. Post kiam H estas anstataŭigita per F, ĝiaj fizikaj propraĵoj ŝanĝiĝis, kiel malpliigo de frostopunkto, malpliiĝo de viskozeco, plibonigo de kemia kaj elektrokemia stabileco, ktp.

La organika halogena kontraŭflamo estas grava inkludi fluorociklajn karbonatojn, fluoro-ĉenajn karbonatojn kaj alkil-perfluorodekaneteron, ktp. OHMI kaj aliaj komparaj fluororetil etero, fluor-enhavantaj fluoridaj komponaĵoj montris, ke la aldono de 33,3% (voluma frakcio) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (voluma proporcio 1: 1: 1) elektrolito havas pli Alta flampunkto, la redukto potencialo estas pli alta ol la organika solvilo EC, DEC kaj PC, kiu povas rapide formi SEI filmon sur la surfaco de la natura grafito, plibonigi la unua ŝargo kaj malŝarĝo de Cullen efikeco kaj malŝarĝo kapablo. La fluorido mem ne havas la uzon de la libera radikala kapta funkcio de la flamo retardante priskribita supre, nur por dilui altajn volatilajn kaj brulemajn ko-solventojn, do nur la volumena proporcio en la elektrolito estas plejparte (70%) Kiam la elektrolito ne estas brulema. Komponita kontraŭflamo: La kunmetita kontraŭflamo nuntempe uzata en la elektrolito havas PF-kunmetaĵon kaj NP-klasan kunmetaĵon, reprezentaj substancoj havas gravan heksametilfosforidon (HMPA), fluorofosfaton, ktp.

Flamignilo praktikas kontraŭflaman efikon per sinergia uzo de du flamorezistaj elementoj. FEI et al. Proponas du NP-flamignilojn MEEP kaj MEE, kaj ĝia molekula formulo estas montrita en Figuro 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, la elektrolito povas redukti la flamiĝemon je 90%, kaj la kondukteco povas atingi 2,5 × 10-3S / cm. 2) Troŝarĝita aldonaĵo: Serio da reagoj okazas kiam la litio-jona baterio estas troŝargita.

La elektrolita komponanto (grava estas la solvilo) inveraffling la surfacon de oxidativa putriĝo reagoj en la surfaco de la pozitiva elektrodo, la gaso estas generita kaj la kvanto de varmo estas liberigita, rezultigante la pliiĝon en la interna premo de la kuirilaro kaj la temperaturo altiĝo, kaj la sekureco de la kuirilaro estas grave tuŝita. De la celo mekanismo, la overchaul protekto aldonaĵo estas grava al la oxidative stripping potenco-tipo kaj du specoj de elektra polimerigo tipo. De la tipo de aldonaĵo, ĝi povas esti dividita en litia halogenuro, metalocena komponaĵo.

Nuntempe, overchaled kroma kroma adaprase (BP) kaj cyclohexylbenzene (CHB) sur redox kontraŭ-overchard aldonaĵoj estas la principo kiam la ŝarĝo tensio superas la normala detranĉo tensio, la aldonaĵo komenciĝas ĉe la pozitiva elektrodo. La oksigenada reago, la oksigenada produkto disvastiĝas al la negativa elektrodo, kaj la redukta reago okazas. Oksido estas fermita inter la pozitivaj kaj negativaj polusoj, sorbas troan ŝargon.

Ĝiaj reprezentaj substancoj havas ferocenon kaj ĝian derivaĵon, ferida 2,2-piridino kaj komplekson de 1,10-apuda glenolino, tiola derivaĵo. Polimeriga bloko kontraŭ-plena aldonaĵo. Reprezentaj substancoj inkluzivas ciklohexilbenzenon, bifenilon kaj aliajn substancojn.

Kiam la bifenilo estas uzata kiel antaŭŝargita aldonaĵo, kiam la tensio atingas 4,5 ĝis 4,7V, la aldonita bifenilo estas elektrokemie polimerigita, formante tavolon de kondukta filmo sur la surfaco de la pozitiva elektrodo, pliigante la internan reziston de la kuirilaro, tiel limigante la ŝargan kurentan protekton.

2.2.2 Jona likva jona likva elektrolito estas tute kunmetita de jino kaj katjono.

Ĉar la interi-jonoj aŭ katjonaj volumoj estas malfortaj, la intera estas malforta, la elektrona distribuo estas neegala, kaj la oan-cenzo povas esti libera moviĝi ĉe ĉambra temperaturo, kiu estas likva. Ĝi povas esti dividita en imidazolo, pirazolo, piridino, kvaternara amonia salo, ktp. Kompare al la ordinara organika solvilo de litiojonaj kuirilaroj, jonaj likvaĵoj havas 5 avantaĝojn: 1 alta termika stabileco, 200 °C ne povas malkomponi; 2 vaporpremo estas preskaŭ 0, ne devas zorgi pri la kuirilaro; 3 jona likvaĵo ne facile bruleblas Neniu korodeco; 4 havas altan elektran konduktivecon; 5 kemia aŭ elektrokemia stabileco estas bona.

AN aŭ similaj formoj PP13TFSI kaj 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) en elektroliton, kiu povas atingi tute ne-karburaĵajn efikojn, kaj aldoni 2 wt% liboB aldonaĵon en ĉi tiu sistemo por signife plibonigi interfackongruon. La nura problemo kiu devas esti solvita estas la konduktiveco de la jono en la elektrolitsistemo. 2.

2.3 Elektado de la termika stabileco de litia salo heksafluorofosfato (LiPF6) estas vaste uzata elektrolita litia salo en varo litia-jona baterio. Kvankam ĝia ununura naturo ne estas optimuma, ĝia ĝenerala agado estas la plej avantaĝa.

Tamen, LiPF6 ankaŭ havas sian malavantaĝon, ekzemple, LiPF6 estas kemia kaj termodinamike malstabila, kaj la reago okazas: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), la reago generita PF5 estas facile ataki la organika solvilo en oksigeno atomo Soleca al elektronoj, rezultanta en la malferma buklo polimerigo estas aparte serioza reago de etero solvilo estas alta ĉe la polimero de etero solvilo. Nuna esplorado pri alttemperaturaj elektrolitsaloj estas koncentrita en organikaj litiaj salkampoj. Reprezentaj substancoj estas gravaj kun boro-bazitaj saloj, imin-bazitaj litiosaloj.

LIB (C2O4) 2 (liboB) estas nove sintezita elektrolita salo en la lastaj jaroj. Ĝi havas multajn bonegajn proprietojn, malkomponante temperaturojn 302 ° C, povas formi stabilan SEI-filmon en negativa elektrodo. Plibonigi la agadon de grafito en la PC bazita elektroliza solvo, sed ĝia viskozeco estas granda, la impedanco de la SEI filmo formita [14].

La malkompona temperaturo de LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) estas 360 °C, kaj la jona kondukteco ĉe normala temperaturo estas iomete pli malalta ol LiPF6. La elektrokemia stabileco estas bona, kaj la oxidada potencialo estas ĉirkaŭ 5.0V, kiu estas la plej organika litia salo, sed ĝi Grava korodo de Al-baza aro fluida.

2.2.4 Polimera Elektrolito Multaj varaj litiojonaj kuirilaroj uzas brulemajn kaj volatilajn karbonajn solvilojn, se elfluo verŝajne kaŭzos fajron.

Ĉi tio estas precipe la potenca litio-jona baterio de alta kapablo, alta energia denseco. Anstataŭ uzi senskrupulajn polimerelektrolitojn anstataŭ brulemaj organikaj likvaj elektrolitoj, ĝi povas signife plibonigi la sekurecon de litio-jonaj kuirilaroj. La esplorado de polimera elektrolito, precipe ĝelo-tipa polimera elektrolito faris grandan progreson.

Nuntempe, ĝi estis sukcese uzata en komercaj litio-jonaj kuirilaroj. Laŭ la polimerkorpa klasifiko, la ĝela polimerelektrolito estas grava kun la sekvaj tri kategorioj: PAN-bazita polimerelektrolito, PMMA polimera elektrolito, PVDF-bazita polimera elektrolito. Tamen, la ĝel-tipa polimerelektrolito estas fakte rezulto de kompromiso de seka polimerelektrolito kaj likva elektrolito-kompromiso, kaj ĝel-specaj polimeraj baterioj ankoraŭ havas multajn laborojn por fari.

2.3 La pozitiva materialo povas determini, ke la pozitiva elektroda materialo estas malstabila kiam la ŝarga stato tensio estas super 4V, kaj estas facile generi varmegon solvita en altaj temperaturoj por malkomponi oksigenon, oksigeno kaj organikaj solviloj daŭre reagas grandan kvanton da varmo kaj aliaj gasoj, reduktas la sekurecon de la kuirilaro [2, 17-19]. Tial, la reago de la pozitiva elektrodo kaj la elektrolito estas konsiderita kiel grava kaŭzo de varmo.

Koncerne la normalan materialon, plibonigi la komunan metodon de ĝia sekureco estas tegaĵo modifo. Por la surfaca tegaĵo de la pozitiva elektrodo materialo kun MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, ktp, povas redukti la reagon de Die +-malantaŭa pozitiva kaj elektrolito dum redukto de la kromatografio de la pozitiva elektrodo, malhelpante la fazo ŝanĝo de la pozitiva elektrodo substanco.

Plibonigu ĝian strukturan stabilecon, reduktu la malordan reziston de katjono en krado, tiel reduktante la malĉefan reagon de la cirkulada procezo. 2.4 Karbonmaterialo nuntempe uzas malaltan specifan surfacareon, pli altan ŝargan kaj malŝarĝan platformon, malgrandan ŝargan kaj malŝarĝan platformon, relative altan termikan stabilecon, relative bonan termikan staton, relative altan termostabilecon, relative altan termostabilecon, relative altan termostabilecon.

Kiel mezaj fazaj karbonaj mikrosferoj (MCMB), aŭ Li9Ti5o12 de spinela strukturo, kiu estas pli bona ol la struktura stabileco de lamenigita grafito [20]. La metodo nuntempe plibonigi la agadon de karbona materialo estas grava por surfaca traktado (surfaca oksigenado, surfaca halogenado, karbona tegaĵo, tega metalo, metala oksido, polimera tegaĵo) aŭ enkonduki metalon aŭ ne-metalan dopadon. 2.

5 La diafragmo nuntempe aplikata en komercaj litio-jonaj kuirilaroj estas ankoraŭ poliolefina materialo, kaj ĝiaj gravaj malavantaĝoj estas varmaj kaj elektroliza fluida enfiltriĝo estas malbona. Por venki ĉi tiujn difektojn, la esploristoj provis multajn manierojn, ekzemple serĉi termikan stabilecmaterialojn, aŭ aldoni malgrandan kvanton de Al2O3 aŭ SiO2 nanopowdia, kiu ne nur havas komunan diafragmon, sed ankaŭ havas termikan stabilecon de la pozitiva elektroda materialo. uzi.

MIAO et al, poliimida nano neteksita fabrikado preparita per elektrostatika ŝpina metodo. DR kaj TGA-similaj karakterizado signifas, ke ĝi povas ne nur konservi termikan stabilecon je 500 °C, sed ankaŭ havi pli bonan elektrolitan enfiltriĝon rilate al la CELGARD-diafragmo. WANG et al preparis AL2O3-PVDF nanoskopan mikroporan membranon, kiu elmontras bonajn elektrokemiajn ecojn kaj termikan stabilecon, kontentigante la uzon de litio-jonaj baterio-apartigiloj.

3 Resumo kaj antaŭĝoju pri litio-jonaj kuirilaroj por elektraj veturiloj kaj energistokado, kiu estas multe pli granda ol malgrandaj elektronikaj ekipaĵoj, kaj la uzmedio estas pli komplika. En resumo, ni povas vidi, ke ĝia sekureco estas malproksime de solvado, kaj fariĝis la nuna teknika botelo. Posta laboro devas profundiĝi al la termika efiko, kiun la baterio povas rezultigi post nenormala operacio, kaj trovi efikan manieron plibonigi la sekurecan agadon de litiojona baterio.

Nuntempe, la uzo de fluor-enhavantaj solviloj kaj flamo retardantaj aldonaĵoj estas grava direkto por disvolvi sekurecan litijonan kuirilaron. Kiel ekvilibrigi elektrokemian agadon kaj alttemperaturan sekurecon estos estonta esplorfokuso. Ekzemple, alt-efikeca kunmetaĵo flame retardanta integra integra aro P, N, F, kaj CL estas evoluigita, kaj organika solvilo havanta altan bolpunkton, altan flampunkton estas evoluigita, kaj elektroliza solvo de alta sekureca agado estas produktita.

Kunmetitaj flamo retardantes, duoblaj funkcioj aldonaĵoj ankaŭ fariĝos estontaj evoluaj tendencoj. Koncerne al la materialo de elektrodo de litiojona baterio, la surfacaj kemiaj propraĵoj de la materialo estas malsamaj, la grado de sentemo de la elektroda materialo pri la ŝarĝo kaj malŝarĝo potencialo estas malkonsekvenca, kaj estas neeble uzi unu aŭ limigitaj pluraj elektrodo / elektrolito / aldonaĵoj al ĉiuj kuirilaro struktura dezajno. Tial, en la estonteco, ni devus koncentriĝi pri evoluigado de malsamaj bateriaj sistemoj por specifaj elektrodaj materialoj.

Samtempe, ĝi ankaŭ disvolvas polimeran litiojonan bateriosistemon kun alta sekureco aŭ la disvolviĝon de neorganika solida elektrolito havanta ununuran katjonkondukan kaj rapidan jonan transporton kaj altan termostabilecon. Krome, plibonigo de jona likva rendimento, evoluigado de simplaj kaj malmultekostaj sintezaj sistemoj ankaŭ estas grava parto de la estonta esplorado.