Miks aku kuumus kontrolli alt väljub? Kas see on lühise põhjus?

Autor: Iflowpower – Kaasaskantava elektrijaama tarnija

Energiast suurema võimsusega liitiumaku on tänapäeval akutööstuse lemmik, kuid mida suurem on energia, seda erinev on ka ohutus. Aku rikkemehhanism on samuti väga keeruline. Aku termilise väljajuhtimise mehhanismi uurides on inimesed varem saanud analüüsida ühe aku mooduli, näiteks katoodide, anoodide, membraanide ja elektrolüütide soojusreaktsiooni.

Näiteks membraani kokkutõmbumine või mittetäielik sulgemine suurendab kindlasti voolutihedust, mille tulemuseks on kohalik ülekuumenemine või isegi aku termilise voolu kontrollimatus. Seetõttu on kõrge termiliselt stabiliseeriva diafragma valmistamine üks aku ohutuse parandamise viise. Probleem on aga selles, kuidas suudab kõrge palavikuga stabiliseeriv diafragma aku ohutusprobleemi lahendada? Tänapäeva väga ihaldatud täistahke elektrolüüt (tahke keraamiline ja polümeerne elektrolüüt asendab traditsioonilist membraani ja elektrolüüti), kas see võib aku ohutust põhjalikult vähendada? Hiljuti juhtis Qinghua ülikooli Ouyang Ming Te meeskond tähelepanu sellele, et elektrilise liitiumaku ohutusdisain ei ole mõeldud ainult ühe materjali ohutuse parandamiseks, vaid peaks algama süsteemi tasemelt.

Autor võtab arvesse aku taseme ja materjali taseme tegurid ning uuritakse elektrilise liitiumaku termilise väljajuhtimise mehhanismi. Uuringu aluseks on grafiit anoodina, monokristallkiht Li0,5Mn0.

3CO0.2O2 (NMC532) on 25aH-tüüpi võimsusega liitiumaku, mis on valmistatud PET/keraamilisest mittekootud kangast membraanina. Autorid analüüsivad katoodigaasi, struktuurset (faasi) muundumist ja soojuse teket anoodi puudumisel, aktiivse oleku korral ning analüüsitakse katoodi.

Arvatakse, et kui katoodivaba O2 saab reageerida anoodiga, on see tõsine potentsiaalne turvaprobleem! Disaini ohutusmehhanismi katse kahe osa kaudu viib autor esmalt läbi kogu aku kaarekatse, millele järgneb aku erinevate komponentide katse. Nende hulgas registreerib EV-ARC test kogu aku termilise kontrolli alt väljumise protsessi ja leitakse, et aku soojuskao temperatuur on isegi madalam kui membraani soojuskahanemise temperatuur, mis näitab, et aku ei ole tekkinud läbipääsu rikke tõttu. Suure ala lühis.

See on esimene aruanne, kus sisemise lühise korral ei ole termoregulatsioon kontrolli all. Konkreetsete soojusjuhtivusmehhanismide uurimiseks kasutab meeskond DSC-tehnoloogiat, et analüüsida aku erinevate komponentide soojusvoogu (katood, anood, elektrolüüt ja nende kombinatsioon); kasutada online-kõrgtemperatuuri XRD-tehnoloogiat katoodi määramiseks kuumutamise ja termilise lagunemise ajal. Lisaks kasutab autor sünkroonse termoanalüüsi tehnoloogiat (DSC-TG) ja massispektromeetriat (MS), tuvastades kuumuse, kaalukaotuse ja gaasi vabanemise protsessi. Järelduste täiendavaks kinnitamiseks külmutab autor kiiresti vedela lämmastiku temperatuuril 206 ¡ã C, tehes mitmeid järgnevaid teste, sealhulgas SEM-, ICP-OES- ja XPS-teste, sealhulgas SEM-, ICP-OES- ja XPS-teste.

Joonis 1 Võimsa liitiumaku põhiomadused: a. Ringlusvõime ja Kuruni efektiivsus; b. Ülimalt kiire jõudlus Võimsa liitiumaku tsükli- ja suurendusvõime on hea.

Esimese nädala tühjendusvõimsus on 25,04ah, pärast 292 nädalat endiselt 24,08ah ja võimsuse säilitamise määr on koguni 96%.

Isegi 4C juures on võimsust veel 21,5ah. Joonis 2 Toiteallika liitiumaku soojuse mõõtmine EV + ARC abil.

Väike pilt on autopiloodi faas (0–105 s), mille autorid kasutavad EV + ARC-d, et jälgida toiteliitiumpatarei termilist kontrolli. T1 on isekuumenemise algtemperatuur, T2 on termiline kontrolli alt väljuv temperatuur (TR), T3 on kõrgeim temperatuur. T1 on 115.

2 ¡ã C. Instrumendi täpne salvestus selle temperatuuritõusu protsessi ajal (T1→T2) keemiline kõrvalreaktsioon. Esiteks, anoodi SEI-kile lagunemine põhjustab elektrolüüdi eksponeeritud anoodi anoodi moodustumise uue SEI-kile ja soojus on samuti soojus; SEI kordub pidevalt, mille tulemusena kaovad ja anorgaanilised komponendid anoodipinna karbonaatkomponent tõuseb; toimub kõrvalreaktsioon, mis põhjustab temperatuuri tõusu kuni soojuskao temperatuurini TR (T2 = 231 ¡ã C).

Sel ajal aku temperatuuriindeks tõuseb ja eksotermiline reaktsioon on äärmiselt intensiivne. Akuga vabastage suur hulk suitsu; lisaks on väga ilmne aku mahu suurenemine, mis tõestab, et selle protsessi eksotermilise kõrvalreaktsiooni põhjustab gaas. Pärast T2 saavutamist tõuseb aku temperatuur mõne sekundi jooksul kiiresti 815 ¡ã C-ni, et saavutada kõrgeim väärtus T3.

Joonis 325AHSC-NMC532 / grafiidi termilise kontrolli alt väljunud iseloomustus A. Soojuskao kiiruse, temperatuuri tõusu kiiruse, aku pinge ja sisetakistuse ning absoluutse temperatuuri vaheline seos; B. Enne soojuskadu järgib sisetakistus absoluutset temperatuurimuutust (joonise osa) Kui termiline kontrolli alt väljub, muutub aku pinge absoluutsete temperatuuride järgi aku sisemise reaktsiooni põhjalikumaks uuringuks.

Autorite testimisel registreeritakse pinge ja sisetakistuse reaalajas muutused. Joonis 3A, pärast seda, kui temperatuuri tõusu kiiruse pöördepunkt toimub pärast 160 ¡ã C, T1 (115,2 ¡ã C), mis on seotud SEI korduva moodustumise ja LiPF6 lagunemisega, kiirendab see protsess soojuse ja gaasi tootmist.

Pingemuutus näitab, et tekib termiline kontrolli alt väljumine (T2 = 231 ¡ã C), pinge hoitakse üle 2,0 V, mis tõendab lühise puudumist. Aku sisetakistuse muutused jagunevad nelja faasi: I etapp ( <145 ¡ã C), the internal resistance is slow to 22.

1M. Vähem sõltuvust; II etapp (145175 ¡ã C), sisetakistus 22,1m→143.

3 m. Aku kott puruneb temperatuuril 145 ¡ã C, kiirendab elektrolüütide rünnakut, põhjustades sisemise takistuse suurenemist; katoodi impedantsi suurenemine suurendab ka aku sisemist takistust; anoodipinna SEi lagunemine põhjustab uute anorgaaniliste komponentide suurenemise, vähendades ioonide juhtivust, mille tulemuseks on ka aku sisemise takistuse suurenemine; III etapp (180231 ¡ã C), sisetakistus 143,3m→56.

5 m. Enne soojuskadu on sisetakistuse vähenemine tingitud siirdemetalli lahustumisest ja liitiumsoola lagunemisest, kinnitatakse hiljem; IV etapp (> 231 ¡ã C), sisetakistus 56,5m→1011.

2 m. Pärast soojuskadu aku põleb, pinge langeb kiiresti mõne sekundiga ja sisetakistus tõuseb seejärel kiiresti 1011,2 m-ni.

Sel ajal on diafragma lagunenud, aku on täielikult rikkis. Joonis 4PET-keraamiline lausriie tihendusstruktuur ja termiline stabiilsus: PET-keraamilised mittekootud kangad pärast termilise stabiilsuse testi (toatemperatuur 450 ¡ã C), SEM skaneerimine, toatemperatuur ja 450 ¡ã C morfoloogia ja elementide kaardistamine Pärast 500 ¡ã C toatemperatuuril oli DSC soojusvoolu kadu ja TGA temperatuuri suurenemise kiirus. ¡ã C / min; PET-keraamiline lausriidest diafragma, Al2O3 suurendatud SEM-foto illustratsioon; ristlõige, Al2O3 osakesed Tavapärasesse PP, PE membraani mähitud PET mittekootud kangakiud näitasid suurepärast termilist stabiilsust. Nagu on näidatud joonisel 4A, toimub temperatuuril 230 ¡ã C 30 minuti jooksul ainult väga väike soojuskahanemine (1.

2%). Nagu on näidatud joonisel 4B, sulatatakse PET soojusülekandega temperatuuril 257 ¡ã C ja lagunemisega kaasneva kaaluga temperatuuril 432 ¡ã C. SEM joonisel 4C näitab, et lausriidest PET-nanokiud on põimitud keraamilistesse osakestesse, mitte keraamiliste osakeste kahepoolsesse kattesse.

Joonisel 4C sektsioon SEM näitab, et diafragma on 19.5μM Joonis 5 Testige DSC kaudu laetud aku iga komponendi soojusjuhtivustingimusi: a. Kui elektrolüütiline lahus on olemas, siis laenguelektrood (Ce); b.

Elektrolüüdi juuresolekul laenguelektrood. anood; CA katood; ELE elektrolüüt; CE laadija elektrood Joonis 5a näitab, et katood ja anood on palju väiksemad kui katoodi soojuse teke ja anoodi kooseksisteerimine; Joonis 5B näitab, et elektrolüüdi olemasolu või puudumine Olulist mõju ei avalda. Seetõttu, hoolimata sellest, kas elektrolüüt on olemas, segage katood ja anood, tekib palju kuumust.

Autor oletab, et katoodanoodil on vastastikune kasutus, mis võib olla keemiline reaktsioon. Joonis 6 Laengukatoodi materjali struktuurimuutus, soojuse teke ja O2 vabanemine: a. Kõrge temperatuuriga XRDB.

Erinevatel temperatuuridel mõõdetakse DSC ja TGA-MS süsteemi kohapealset soojust ja eraldumist, kui kõrge temperatuur, ditoodium NMC ei ole stabiilne, O2 vabanemisega kaasneb struktuurimuutus. Autor oletab, et termilise kontrolli alt väljumise põhjus on O2 ja anoodi vastastikuse kasutuse vabanemine. Joonis 6A näitab, et NMC 532 hakkab muutma kihilise struktuuri üleminekut spinellstruktuurile temperatuuril 350 ¡ã C kuni 350 ¡ã C.

Joonisel fig 6B on näidatud, et soojuse DSC kõverate ja O2 vabanemise uuringu MS-kõver on kooskõlas struktuurimuutustega ning seal on maksimum 276 ¡ã C juures, mis tähendab tõsist faasimuutust. Joonis fig 7 on laadimisoleku katoodi ja anoodi vahel, häire keemilise reaktsiooni taseme vahel: eraldi laengukatood, tugeva hapniku vabanemise tipp; kui aga laengu oleku katood ja anood on olemas, siis doseerimist põhimõtteliselt ei ole. Kuid samal temperatuurivahemikul on soojuse tootmine oluliselt suurem ja laadimisolek vabaneb kõrgetel temperatuuridel keemilise reaktsiooni vastastikuse interferentsi skeemi alusel ning soojust eraldub vaid väike kogus; kui on anood, on O2 soojus kontrolli alt väljas. Seetõttu peaks mehaanilise liitiumaku süsteemi ohutuse huvides enne termilise kontrolli alt väljumist sekkuma soojusjuhtimissüsteem, vastasel juhul on raske vältida aku süttimist isegi siis, kui vedelal lämmastikul on kõige tugevam soojuseraldusfunktsioon.

Joonis 8 Soojuskadude ilmnemisel külmub vedela lämmastiku iseloomustus vedela lämmastikuga, 206 ¡ã C juures lisatakse vedela lämmastiku, aku temperatuuri ja pinge muutumiskõver ning illustratsiooniks on aku esipind (I) ja külgpind pärast vedela lämmastikuga jahutamist (II) Foto; Z-tüüpi lamineerimisstruktuur ja aku pärast jahutamist vedelas lämmastikus temperatuuril 206 ¡ã C, foto vedelas lämmastikus sisemises katoodis, anoodis ja membraanis, kiiresti kuni -100 ¡ã C 206 ¡ã C aku puhul, kuigi eelaku koti külg on kronsteiniga (joonis 8A). joonisel fig 8B on kujutatud lagunenud akumoodulit, millel pole nähtavat auku ega kahjustatud pinnapinda, mis näitab, et see säilitab pinge stabiilsuse ja väldib tõhusalt lühist; katoodi pind ja vastav diafragma on must vöö, mis on Ni, CO, MN siirdemetallide sadestumine No signifi.