Zergatik dago bateriaren beroa kontrolik gabe? Zirkuitu laburren arrazoia al da?

Egilea: Iflowpower - Zentral elektriko eramangarrien hornitzailea

Energia baino altuagoa den litiozko bateria da gaur egun bateriaren industriaren kuttuna, baina zenbat eta energia handiagoa izan, segurtasuna ere desberdina da. Bateriaren hutsegite mekanismoa ere oso konplikatua da. Bateriaren kanpoko kontrol termikoaren mekanismoa aztertzean, jendeak bateriaren modulu bakar baten erantzun termikoa aztertu ahal izan du, hala nola, katodoak, anodoak, diafragmak eta elektrolitoak.

Esate baterako, diafragmaren uzkurdurak edo itxiera osatugabeak korronte-dentsitatea areagotuko du, tokian tokiko gainberotzea eraginez edo bateriaren kontrol termikoa eraginez. Hori dela eta, egonkortze termiko handiko diafragma bat prestatzea bateriaren segurtasuna hobetzeko moduetako bat da. Hala ere, arazoa zera da, nola konpontzen da sukar handiko diafragma egonkortzailea bateriaren segurtasun arazoa? Gaur egungo elektrolito solido osorik bilatua (zeramika solido eta polimero elektrolitoak diafragma eta elektrolito tradizionalak ordezkatzen ditu), guztiz murrizten al dezake bateriaren segurtasuna? Duela gutxi, Qinghua Unibertsitateko Ouyang Ming Te Team-ek adierazi duenez, potentzia-litiozko bateriaren segurtasun-diseinua ez da material bakar baten segurtasuna hobetzea, baizik eta sistema mailatik hasi behar dela.

Egileak bateria-mailaren eta material-mailaren faktoreak hartzen ditu kontuan, eta potentzia-litiozko bateriaren kontrol-mekanismo termikoa aztertzen da. Azterketa grafitoan oinarritzen da anodo gisa, kristal bakarreko geruza Li0.5Mn0.

3CO0.2O2 (NMC532) PET / zeramikazko ehundu gabeko ehuneko 25aH motako litiozko bateria bat da, diafragma gisa. Egileek katodoaren gasa, egiturazko eraldaketa (fasea) eta beroa sortzea anodorik ez dagoenean, egoera aktiboa dagoenean eta katodoa aztertzen da.

Proposatzen da katodoaren O2 askapenak anodo batekin erreakzionatzen badu, balizko segurtasun arazo larria izango dela! Diseinuaren segurtasun-mekanismoaren esperimentuaren bi atalen bidez, egileak lehenik bateria osoaren Arc probak egiten ditu, eta ondoren bateriaren osagai desberdinak egiten ditu. Horien artean, EV-ARC probak bateriaren kontrol termikotik kanpoko prozesu osoa erregistratzen du, eta bateriaren bero-galera tenperatura mintzaren beroa uzkurtzeko tenperatura baino are baxuagoa dela ikusten da, bateria ez dela gertatu pasabidearen hutsegiteagatik. Eremu zabaleko zirkuitu laburra.

Barne zirkuitu laburren kasuan kontroletik kanpo termikorik gabeko lehen txostena da. Bero-eroaleen mekanismo espezifikoak aztertzeko, taldeak DSC teknologia erabiltzen du bateriaren osagai ezberdinen bero-fluxua (katodoa, anodoa, elektrolitoa eta horien konbinazioa) aztertzeko; Erabili lineako tenperatura altuko XRD teknologia katodoa zehazteko berokuntza eta deskonposizio termikoan zehar. Gainera, egileak analisi termiko sinkronoaren teknologia (DSC-TG) eta masa espektrometria (MS) erabiltzen ditu, beroa, pisu galera eta gasa askatzeko prozesua detektatzeko. Ondorioa gehiago berresteko, egileak azkar izoztuko du nitrogeno likidoa 206 ¡ã C-tan, ondorengo proba batzuk, SEM, ICP-OES eta XPS probak barne, SEM, ICP-OES eta XPS probak barne.

1. irudia Power litio bateriaren oinarrizko propietateak: a. Errendimendu zirkulatzailea eta Kurun eraginkortasuna; b. Goi-mailako errendimendua Litiozko bateriak zikloaren errendimendu eta handitze-errendimendu ona erakusten du.

Lehen asteko deskarga-gaitasuna 25,04 ah da, oraindik 24,08 ah 292 aste igaro ondoren, eta edukiera atxikipen-tasa % 96koa da.

4C-tan ere, 21.5ah-ko edukiera dago oraindik. 2. Irudia Potentzia-litio-bateriaren kontroletik kanpo dagoen termikoa neurtzea EV + ARC erabiliz.

Irudi txikia pilotu automatikoaren fasea da (0-105s) egileek EV + ARC erabiltzen dute litiozko bateriaren kontroletik kanpo dagoen termikoa kontrolatzeko. T1 autoberotzearen hasierako tenperatura da, T2 kontrol gabeko tenperatura termikoa (TR) da, T3 tenperatura altuena da. T1 115 da.

2 ¡ã C. Tresnaren erregistro zehatza tenperatura igoera prozesu honetan (T1→T2) alboko erreakzio kimikoa. Lehenik eta behin, anodoaren SEI filmaren deskonposizioak agerian dagoen anodoaren anodoak elektrolitoari eragiten dio SEI film berri bat sortzea, eta beroa ere beroa da; SEI etengabe errepikatzen da, anodoaren gainazaleko karbonato-osagaiaren osagai inorganikoak desagertzen eta igotzen dira; albo-erreakzioa gertatzen da, tenperatura igotzea eraginez, bero-galera TR tenperatura (T2 = 231 ¡ã C) arte.

Une honetan, bateriaren tenperatura-indizea gora egiten ari da, eta erreakzio exotermikoa oso bizia da. Bateriarekin ke kantitate handia askatu; gainera, bateriaren bolumen-hedapena oso nabaria da, eta horrek frogatzen du prozesu honen albo-erreakzio exotermikoa gas batek eragiten duela. T2ra iritsi ondoren, bateriaren tenperatura segundo gutxiren buruan dago, azkar 815 ¡ã C-ra igotzen da T3 baliorik altuena lortzeko.

Irudia 325AHSC-NMC532 / grafito termikoa kontrolaz kanpoko karakterizazioa A. Bero-galera tasaren, tenperatura igoeraren, bateriaren tentsioaren eta barne-erresistentziaren eta tenperatura absolutuaren arteko erlazioa; B. Bero-galera baino lehen, barne-erresistentzia tenperatura aldaketa absolutua jarraitzen du (irudiaren zati bat) kontrol termikoa kanpoan dagoenean, bateriaren tentsioa tenperatura absolutuekin aldatzen da bateriaren barne-erreakzioari buruzko azterketa sakonago batean.

Egileak probatzen direnean, tentsioaren eta barne-erresistentziaren denbora errealeko aldaketak erregistratzen dira. 3A irudian, tenperatura igoeraren tasaren inflexio-puntua 160 ¡ã C, T1 (115,2 ¡ã C) ondoren gertatu ondoren, SEIren eraketa errepikatuarekin eta LiPF6 deskonposizioarekin erlazionatuta dagoena, prozesu honek beroa eta gasa ekoiztea azkartzen du.

Tentsio-aldaketak erakusten du deskontrol termikoa (T2 = 231 ¡ã C) gertatzen dela, tentsioa 2,0V-tik gora mantentzen dela eta horrek frogatzen du ez dagoela zirkuitu laburrik. Bateriaren barne-erresistentziaren aldaketak lau fasetan banatzen dira: I. etapa ( <145 ¡ã C), the internal resistance is slow to 22.

1M. Menpekotasun gutxiago; etapa II (145175 ¡ã C), barne-erresistentzia 22,1m→143.

3 m. Bateria poltsa 145 ¡ã C-tan apurtzen da, elektrolitoen erasoa bizkortzen du, barne-erresistentzia handitzea eraginez; katodoaren inpedantzia handitzeak bateriaren barne-erresistentzia ere handitzen du; SEi anodoaren gainazalaren deskonposizioak osagai ez-organiko gehiago areagotzen ditu, ioien eroankortasuna murrizten du, eta bateriaren barne-erresistentzia areagotzen du; etapa III (180231 ¡ã C), barne-erresistentzia 143,3m→56.

5 m. Bero-galera baino lehen, barne-erresistentziaren murrizketa trantsizio-metalaren disoluzioaren eta litio-gatzaren deskonposizioaren ondoriozkoa da, geroago baieztatuko da; etapa IV (> 231 ¡ã C), barne-erresistentzia 56,5m→1011.

2 m. Beroa galdu ondoren, bateria erretzen da, tentsioa azkar jaisten da segundo gutxitan, eta barruko erresistentzia azkar igotzen da 1011,2 m-ra.

Une honetan, diafragma desintegratuta dago, bateria erabat huts egin du. 4. Irudia PET-zeramikazko ehundu gabeko zigilatzeko egitura eta egonkortasun termikoa: PET-zeramikazko ehundu gabeko ehunak egonkortasun termikoko probaren ondoren (450 °C giro-tenperatura), SEM eskaneatzea, giro-tenperatura eta 450 °C morfologia eta elementuen mapaketa giro-tenperaturan 500 °C ondoren, DSC bero-fluxua eta TGA tenperatura galera izan zen. / min; PET-zeramikazko ehundu gabeko ehun-diafragma, Al2O3-ren SEM argazki handi baten ilustrazioa; zeharkako ikuspegia, Al2O3 partikulak PP, PE diafragma konbentzionalean bildutako PET ez ehundutako ehun-zuntzek egonkortasun termiko bikaina erakutsi zuten. 4A irudian ikusten den bezala, 230 °C-tan 30 minutuz, bero-uzkurtze txikia baino ez da gertatzen (1.

2%). 4B irudian ikusten den bezala, PET bero-transferentziarekin urtzen da 257 °C-tan, eta 432 °C-ko pisuarekin batera degradazioa. 4C irudiko SEM-ak adierazten du ehundu gabeko PET nanozuntzak zeramikazko partikulatan txertatuta daudela, ez zeramikazko partikulen alde biko estaldura batean.

4C irudiak SEM atalak diafragma 19 dela adierazten du.5μM 5. Irudia Probatu karga-egoeraren bateriaren osagai bakoitzaren bero-eroale-baldintzak DSC bidez: a. Disoluzio elektrolitikoa dagoenean, karga-elektrodoa (Ce); b.

Elektrolitoaren aurrean, karga-elektrodoa. Anodo bat; CA katodoa; ELE elektrolitoa; CE kargagailuaren elektrodoa 5a irudiak adierazten du katodoa eta anodoa katodoaren eta anodoaren elkarbizitza bero-sorkuntza baino askoz gutxiago direla; 5B irudiak elektrolitoaren presentzia edo eza ez dagoela eragin nabarmenik erakusten du. Hori dela eta, elektrolitoa dagoen ala ez, katodoa eta anodoa nahastu, bero asko egongo da.

Egileak espekulatzen du katodoaren anodoaren artean erabilera bat dagoela, erreakzio kimikoa izan daitekeela. 6. Irudia Karga-katodoaren materialaren egitura-eraldaketa, beroa sortzea eta O2 askatzea: a. Tenperatura handiko XRDB.

Tenperatura desberdinetan, DSC eta TGA-MS sistemaren tokiko beroa eta askapena neurtzen dira tenperatura altua denean, Ditodio NMC Ez egonkorra, egitura-eraldaketa O2 askapenarekin batera joango da. Egileak espekulatzen du kontrol termikoaren desegokiaren kausa O2 eta anodoaren arteko elkarrekiko erabilera askatzea dela. 6A irudiak erakusten du NMC 532 geruzen egituraren trantsizioa aldatzen hasten dela 350 ¡ã C-tan 350 ¡ã C arte.

6B irudiak erakusten du bero DSC kurben eta O2 askapenaren azterketaren MS kurba egitura-aldakuntzarekin bat datorrela, eta 276 ¡ã C-ko gailurra dagoela, fase eraldaketa larria esan nahi duena. 7. irudia karga-egoeraren katodoaren eta anodoaren artean dago, erreakzio kimikoaren mailaren arteko interferentzia: aparteko karga-katodoa, oxigeno askapen indartsuaren gailurra; hala ere, karga-egoeraren katodoa eta anodoa daudenean, funtsean ez dago dosirik. Hala ere, tenperatura-tarte berean, beroaren ekoizpena nabarmen handiagoa da, eta karga-egoera tenperatura altuetan askatzen da erreakzio kimikoaren elkarrekiko interferentzia eskemaren arabera, eta bero kopuru txiki bat bakarrik askatzen da; anodo bat dagoenean, O2 beroa kontroletik kanpo dago. Hori dela eta, litiozko bateria mekanikoaren sistemaren segurtasunerako, kudeaketa termikoaren sistemak esku-hartzea hartu beharko luke kontrol termikotik kanpo egon baino lehen, bestela zaila da bateria jaurtitzea saihestea nahiz eta nitrogeno likidoak beroa xahutzeko funtziorik indartsuena izan.

8. Irudia Bero-galera gertatzen den bitartean, nitrogeno likidoaren karakterizazioa izoztu egiten da nitrogeno likidoarekin, nitrogeno likidoaren aldaketa-kurba, bateriaren tenperatura eta tentsioa 206 ¡ã C-tan gehitzen da, eta ilustrazioa aurreko gainazala (I) eta bateriaren alboko azalera da nitrogeno likidoa hoztu ondoren (II) Argazkia; Z motako laminazio-egitura eta bateria nitrogeno likidoan hoztu ondoren 206 ¡ã C-tan, argazki-nitrogeno likidoa barne katodoan, anodoan eta diafragman, azkar -100 ¡ã C-ko baterian 206 ¡ã C-ko baterian, aurre-bateria poltsaren aldea Bracked dagoen arren (8A irudia). 8B irudiak deskonposatutako bateriaren modulua erakusten du, zulorik edo gainazaleko gainazala kaltetu gabe, tentsio-egonkortasuna mantentzen duela eta zirkuitu laburrak eraginkortasunez saihesten dituela adieraziz; katodoaren gainazala eta dagokion diafragma gerriko beltzak dira, hau da, Ni, CO, MN trantsizio metalen deposizio No signifi.