Avances na investigación sobre a perda térmica da batería de litio de carga

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Onye na-ebubata ọdụ ọkụ nwere ike ibugharị

Resumo: Resumo dos últimos avances e perspectivas de desenvolvemento para a investigación de baterías de ión-litio de alta seguridade. Importante a partir da estabilidade de alta temperatura dos electrólitos e electrodos, as causas da inestabilidade térmica das baterías de ión-litio e os seus mecanismos aclararon que o sistema comercial de baterías de ión-litio existente é inadecuado a altas temperaturas, propón desenvolver electrólitos de alta temperatura, modificacións positivas e negativas e xestión de baterías externas, etc. para deseñar baterías de iones de litio de alta seguridade.

Perspectivas sobre o desenvolvemento da perspectiva técnica do desenvolvemento de baterías de ión-litio de seguridade. 0 Introdución As baterías de ións de litio convértense nun representante típico dun novo tipo de enerxía debido ao seu baixo custo, alto rendemento, alta potencia e ambiente verde, moi utilizados en produtos dixitais 3C, enerxía móbil e ferramentas eléctricas. Nos últimos anos, debido á intensificación da contaminación ambiental e á orientación da política nacional, o mercado de vehículos eléctricos baseado en vehículos eléctricos aumentou a demanda de baterías de ión-litio, no proceso de desenvolvemento de sistemas de baterías de ión-litio de alta potencia, os problemas de seguridade da batería atraeron unha gran atención, os problemas existentes deben ser resoltos con urxencia.

O cambio de temperatura do sistema de batería está determinado pola aparición de calor e distribuído dous factores. A aparición de calor da batería de iones de litio é importante debido á reacción entre a descomposición térmica e o material da batería. Reduce a calor do sistema de batería e mellora o sistema de rendemento anti-alta temperatura, o sistema de batería é seguro.

E os pequenos equipos portátiles, como teléfonos móbiles, a capacidade da batería do portátil é xeralmente inferior a 2 Ah, e a capacidade da batería de iones de litio de tipo potencia utilizada nos vehículos eléctricos é xeralmente superior a 10 Ah, e a temperatura local adoita ser superior a 55 ° C durante o funcionamento normal e a temperatura interna alcanzará os 300 ° C. eventualmente provocando un descontrol térmico e unha combustión ou explosión da batería [3]. Ademais dos seus propios factores de resposta química, algunhas persoas teñen un curtocircuíto causado por superenriquecidos, adiantos e impactos mecánicos, algúns factores artificiais tamén poden levar á aparición dunha batería de iones de litio para causar accidentes de seguridade. Polo tanto, é importante estudar e mellorar o rendemento a alta temperatura das baterías de ión-litio.

1. A análise da causa de descontrol térmico da batería de iones de litio é importante porque a temperatura interna da batería aumenta. Na actualidade, o sistema de electrólitos máis utilizado nas baterías de iones de litio comerciais é unha solución mixta de carbonato de LiPF6. Tal disolvente ten alta volatilidade, baixo punto de inflamación, moi fácil de queimar.

Cando o curtocircuíto interno causado por colisión ou deformado, unha gran taxa de carga e descarga e superación, haberá moita calor, o que provocará un aumento da temperatura da batería. Ao alcanzar unha determinada temperatura, unha serie de reaccións de descomposición farán que o equilibrio térmico da batería sexa destruído. Cando a calor liberada por estas reaccións químicas non se poida evacuar a tempo, agravará a progresión da reacción e desencadeará unha serie de reaccións secundarias de autoquecemento.

A temperatura da batería aumenta drasticamente, é dicir, "térmica fóra de control", que finalmente provoca a queima da batería e ata ocorre unha explosión grave. En xeral, a causa do descontrol térmico da batería de iones de litio é importante na inestabilidade térmica do electrólito, así como a inestabilidade térmica do electrólito e a coexistencia de electrodos positivos e negativos. Na actualidade, desde un gran aspecto, a seguridade das baterías de ión-litio é importante desde a xestión externa e o deseño interno para controlar a temperatura interna, a tensión e a presión do aire para acadar fins de seguridade.

2 Resolver a estratexia de descontrol térmico 2. Xestión externa 1) Compoñente PTC (coeficiente de temperatura positivo): instale o compoñente PTC nunha batería de iones de litio, que considera a presión e a temperatura dentro da batería, e cando a batería se quenta por sobrecarga, a resistencia aumenta para limitar a corrente e a tensión entre os polos positivo e negativo redúcese a unha tensión segura para realizar a función de protección automática da batería. 2) Válvula a proba de explosión: cando a batería é demasiado grande debido a unha anomalía, a válvula a proba de explosión defórmase, que se colocará dentro da batería para conectar, deixa de cargar.

3) Electrónica: 2 ~ 4 baterías poden embellecer o protector de ións de litio de deseño de circuítos electrónicos, evitar sobrecargas e descargas excesivas, evitar accidentes de seguridade, prolongar a vida útil da batería. Por suposto, estes métodos de control externo teñen un certo efecto, pero estes dispositivos adicionais engadiron a complexidade e o custo de produción da batería e non poden resolver completamente o problema da seguridade da batería. Polo tanto, é necesario establecer un mecanismo de protección de seguridade intrínseca.

2.2 Mellorando o electrólito electrólito como batería de ión-litio, a natureza do electrólito determina directamente o rendemento da batería, a capacidade da batería, o rango de temperatura de funcionamento, o rendemento do ciclo e o rendemento de seguridade son importantes. Actualmente, os sistemas comerciais de solucións electrolíticas de batería de ión-litio, a composición máis utilizada é LIPF6, carbonato de vinilo e carbonato lineal.

A parte frontal é un ingrediente indispensable, e o seu uso tamén ten algunhas limitacións en canto ao rendemento da batería. Ao mesmo tempo, úsase unha gran cantidade de disolvente de carbonato de baixo punto de ebulición e baixo punto de inflamación no electrólito, que estará a temperaturas máis baixas. Flash, hai un gran perigo de seguridade.

Polo tanto, moitos investigadores intentan mellorar o sistema de electrólitos para mellorar o rendemento de seguridade dos electrólitos. No caso de que o material do corpo principal da batería (incluíndo o material do electrodo, o material do diafragma, o material electrólito) non cambie nun curto período de tempo, a estabilidade do electrólito é unha forma importante de mellorar a seguridade das baterías de ión de litio. 2.

2.1 Os aditivos funcionais de función aditiva teñen menos dosificación e función específica. É dicir, pode mellorar significativamente certo rendemento macroscópico da batería sen cambiar o proceso de produción sen cambiar ou substancialmente ningún novo custo da batería.

Polo tanto, os aditivos de función convertéronse nun punto quente na batería de ión-litio actual, que é unha das vías máis prometedoras que son actualmente a solución patóxena máis prometedora do electrólito da batería de ión-litio. O uso básico do aditivo é evitar que a temperatura da batería sexa demasiado alta e que a tensión da batería estea limitada ao rango de control. Polo tanto, o deseño do aditivo tamén se considera desde a perspectiva da temperatura e do potencial de carga.

Aditivo retardador de chama: o aditivo retardador de chama tamén se pode dividir en aditivos retardadores de chama de fósforo orgánico, un aditivo retardador de chama composto que contén nitróxeno, un aditivo retardador de chama a base de silicio e un aditivo retardador de chama composto. 5 categorías importantes. Retardante de chama de fosforescélula orgánica: importantes inclúen algúns compostos de fosfato de alquilo, fosfito de alquilo, fosfato fluorado e fosfato nitrilo.

O mecanismo retardador de chama é importante para a reacción en cadea das moléculas retardantes de chama que interfiren cos radicais libres de hidróxeno, tamén coñecido como mecanismo de captura de radicais libres. A descomposición por gasificación aditiva libera radicais libres que conteñen fósforo, a capacidade dos radicais libres para terminar unha reacción en cadea. Fosfato retardante de chama: fosfato importante, fosfato de trietilo (TEP), fosfato de tributilo (TBP), etc.

Composto de fosfato nitrilo como hexametil fosfazeno (HMPN), fosfito de alquilo como fosfito de trimetilo (TMPI), tres (2,2,2-trifluoroetilo), fosfito (TT-FP), éster de ácido fluorado, como fosfato de tres-(2,2,2-trifluoroetil) (TFP), di-(2,2,2-trifluoroetilo, 2-etilfosfato) (BMP), (2,2,2-trifluoroetil) - fosfato de dietilo (TDP), fenilfosfato (DPOF), etc. é un bo aditivo retardador de chama. O fosfato adoita ter unha viscosidade relativamente grande, unha estabilidade electroquímica deficiente e a adición do retardador de chama tamén ten un efecto negativo sobre a condutividade iónica do electrólito e a reversibilidade da circulación do electrólito mentres aumenta a refractividade do electrólito.

Xeralmente é: 1 contido de carbono de novos grupos alquilo; 2 grupos aromáticos (fenilo) grupo alquilo substituído; 3 forman unha estrutura cíclica fosfato. Material haloxenado orgánico (disolvente haloxenado): o retardador de chama haloxenado orgánico é importante para a gripe. Despois de que H é substituído por F, as súas propiedades físicas cambiaron, como diminución do punto de fusión, diminución da viscosidade, mellora da estabilidade química e electroquímica, etc.

O retardador de chama halóxeno orgánico é importante para incluír carbonatos fluorocíclicos, carbonatos de cadea fluorada e éter de alquil-perfluorodecano, etc. O OHMI e outros compostos de fluoruro que conteñen éter fluororetílico comparativo mostraron que a adición de 33,3% (fracción en volume) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (relación de volume 1: 1: 1) o electrólito ten un punto de inflamación máis alto, o potencial de redución é maior que o disolvente orgánico EC, DEC e PC, que pode formar rapidamente unha película SEI na superficie do grafito natural, mellorar a primeira carga e descarga de eficiencia e capacidade de descarga de Cullen. O flúor en si non ten o uso da función de captura de radicais libres do retardante de chama descrito anteriormente, só para diluír co-disolventes altamente volátiles e inflamables, polo que só a proporción de volume no electrólito é maioritariamente (70%) cando o electrólito non é inflamable. Retardante de chama composto: o retardante de chama composto que se usa actualmente no electrólito ten un composto PF e un composto de clase NP, as substancias representativas teñen un importante hexametilfosforuro (HMPA), fluorofosfato, etc.

O retardador de chama exerce un efecto retardador de chama mediante o uso sinérxico de dous elementos retardantes de chama. FEI et al. Propón dous retardantes de chama NP MEEP e MEE, e a súa fórmula molecular móstrase na Figura 1.

Licf3SO3 / MeEP:PC = 25:75, o electrólito pode reducir a inflamabilidade do 90% e a condutividade pode chegar a 2,5 × 10-3S / cm. 2) Aditivo sobrecargado: unha serie de reaccións ocorren cando a batería de ión-litio está sobrecargada.

O compoñente electrólito (importante é o disolvente) afecta a superficie das reaccións de descomposición oxidativa na superficie do electrodo positivo, o gas xérase e a cantidade de calor é liberada, o que resulta no aumento da presión interna da batería e o aumento da temperatura, e a seguridade da batería vese seriamente afectada. Desde o mecanismo de propósito, o aditivo de protección contra sobrecarga é importante para o tipo de potencia de eliminación oxidativa e dous tipos de tipo de polimerización eléctrica. Do tipo de aditivo, pódese dividir en haluro de litio, composto de metaloceno.

Na actualidade, unha sobrecarga adicional adicional adaprase (BP) e ciclohexilbenceno (CHB) en aditivos redox anti-overchard son o principio cando a tensión de carga supera a tensión de corte normal, o aditivo comeza no electrodo positivo. A reacción de oxidación, o produto de oxidación difunde ao electrodo negativo e prodúcese a reacción de redución. A oxidación está pechada entre os polos positivo e negativo, absorbe o exceso de carga.

As súas substancias representativas teñen un ferroceno e o seu derivado, férrido 2,2-piridina e un complexo de glenolina adxacente 1,10, derivado tiol. Bloque de polimerización aditivo anti-recheo. As substancias representativas inclúen ciclohexilbenceno, bifenilo e outras substancias.

Cando o bifenilo se usa como aditivo precargado, cando a tensión alcanza os 4,5 a 4,7 V, o bifenilo engadido polimerízase electroquímicamente, formando unha capa de película condutora na superficie do electrodo positivo, aumentando a resistencia interna da batería, limitando así a batería de protección da corrente de carga.

2.2.2 O electrólito líquido de ións líquidos está completamente composto por yin e catión.

Dado que os ións intermedios ou volumes catiónicos son débiles, o intermedio é débil, a distribución de electróns é desigual e o oan-censoon pode moverse libremente a temperatura ambiente, que é líquida. Pódese dividir en imidazol, pirazol, piridina, sal de amonio cuaternario, etc. En comparación co disolvente orgánico común das baterías de iones de litio, os líquidos iónicos teñen 5 vantaxes: 1 alta estabilidade térmica, 200 ° C non se pode descompoñer; 2 a presión de vapor é case 0, non tes que preocuparte pola batería; 3 O líquido iónico non é doado de combustión Sen corrosividade; 4 ten unha alta condutividade eléctrica; 5 a estabilidade química ou electroquímica é boa.

AN ou similares forman PP13TFSI e 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) nun electrólito, que pode conseguir efectos completamente distintos ao combustible, e engadir un 2% en peso de aditivo liboB neste sistema para mellorar significativamente a compatibilidade da interface. O único problema que hai que resolver é a condutividade do ión no sistema electrolítico. 2.

2.3 Selección da estabilidade térmica do hexafluorofosfato de sal de litio (LiPF6) é un electrólito de sal de litio amplamente utilizado nunha batería de iones de litio. Aínda que a súa única natureza non é óptima, o seu rendemento global é o máis vantaxoso.

Non obstante, LiPF6 tamén ten a súa desvantaxe, por exemplo, LiPF6 é química e termodinámicamente inestable, e a reacción ocorre: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), a reacción xerada PF5 é fácil de atacar o disolvente orgánico no átomo de osíxeno Solamente aos electróns, o que resulta na polimerización en bucle aberto e a reacción de disolvente é particularmente grave a alta temperatura. A investigación actual sobre sales de electrólitos de alta temperatura concéntrase en campos de sal de litio orgánico. As substancias representativas son importantes con sales a base de boro, sales de litio a base de imina.

LIB (C2O4) 2 (liboB) é unha sal electrolítica recentemente sintetizada nos últimos anos. Ten moitas excelentes propiedades, descompoñendo temperaturas 302 ° C, pode formar unha película SEI estable nun electrodo negativo. Mellorar o rendemento do grafito na solución electrolítica baseada en PC, pero a súa viscosidade é grande, a impedancia da película SEI formada [14].

A temperatura de descomposición de LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) é de 360 ​​° C e a condutividade iónica a temperatura normal é lixeiramente inferior á LiPF6. A estabilidade electroquímica é boa e o potencial de oxidación é de aproximadamente 5,0 V, que é o sal de litio máis orgánico, pero a corrosión grave do fluído de base de Al.

2.2.4 Electrólito de polímero Moitas baterías de ión de litio usan disolventes de carbonato inflamables e volátiles, se é probable que unha fuga cause lume.

Esta é especialmente a poderosa batería de iones de litio de alta capacidade e alta densidade de enerxía. En lugar de usar electrólitos de polímero sen escrúpulos en lugar de electrólitos líquidos orgánicos inflamables, pode mellorar significativamente a seguridade das baterías de ión-litio. A investigación do electrólito de polímero, especialmente o electrólito de polímero de tipo xel, avanzou moito.

Na actualidade, utilizouse con éxito en baterías de iones de litio comerciais. Segundo a clasificación do corpo do polímero, o electrólito de polímero de xel é importante coas seguintes tres categorías: electrólito de polímero baseado en PAN, electrólito de polímero de PMMA, electrólito de polímero baseado en PVDF. Non obstante, o electrólito de polímero de xel é en realidade o resultado dun compromiso dun electrólito de polímero seco e un compromiso de electrólito líquido, e as baterías de polímero de tipo xel aínda teñen moito traballo por facer.

2.3 O material positivo pode determinar que o material do electrodo positivo é inestable cando a tensión do estado de carga é superior a 4V, e é fácil xerar calor disolto a altas temperaturas para descompoñer o osíxeno, o osíxeno e os disolventes orgánicos seguen reaccionando cunha gran cantidade de calor e outros gases, reducen a seguridade da batería [2, 17-19]. Polo tanto, considérase que a reacción do electrodo positivo e do electrólito é unha causa importante de calor.

En canto ao material normal, mellorar o método común da súa seguridade é a modificación do revestimento. Para o revestimento da superficie do material do electrodo positivo con MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, etc., pode reducir a reacción de Die +-positivo traseiro e electrólito mentres reduce a cromatografía do electrodo positivo, inhibindo o cambio de fase da substancia do electrodo positivo.

Mellora a súa estabilidade estrutural, reduce a resistencia á desorde do catión na rede, reducindo así a reacción secundaria do proceso de circulación. 2.4 O material de carbono utiliza actualmente unha superficie específica baixa, unha plataforma de carga e descarga máis alta, unha plataforma de carga e descarga pequena, unha estabilidade térmica relativamente alta, un estado térmico relativamente bo, unha termoestabilidade relativamente alta, unha termoestabilidade relativamente alta, unha termoestabilidade relativamente alta.

Como as microesferas de carbono en fase intermedia (MCMB) ou Li9Ti5o12 de estrutura de espinela, que é mellor que a estabilidade estrutural do grafito laminado [20]. O método de mellorar actualmente o rendemento do material de carbono é importante para o tratamento superficial (oxidación superficial, haloxenación superficial, revestimento de carbono, revestimento de metal, óxido metálico, revestimento de polímero) ou para introducir dopaxe metálico ou non metálico. 2.

5 O diafragma que se aplica actualmente nas baterías comerciais de ión-litio segue sendo un material de poliolefina, e as súas desvantaxes importantes son a infiltración de fluídos quentes e electrolíticos escasa. Para superar estes defectos, os investigadores probaron moitas formas, como buscar materiais de estabilidade térmica, ou engadir unha pequena cantidade de Al2O3 ou SiO2 nanopowdia, que non só ten un diafragma común, senón que tamén ten unha estabilidade térmica do material do electrodo positivo. usar.

MIAO et al, fabricación de nano non tecido de poliimida preparada polo método de fiación electrostática. Os medios de caracterización tipo DR e TGA mostran que non só pode manter a estabilidade térmica a 500 ° C, senón que tamén ten unha mellor infiltración de electrólitos en relación ao diafragma CELGARD. WANG et al prepararon a membrana microporosa nanoscópica AL2O3-PVDF, que presenta boas propiedades electroquímicas e estabilidade térmica, satisfacendo o uso de separadores de baterías de ión-litio.

3 Resumo e esperamos baterías de iones de litio para vehículos eléctricos e almacenamento de enerxía, que é moito máis grande que os pequenos equipos electrónicos, e o ambiente de uso é máis complicado. En resumo, podemos ver que a súa seguridade está lonxe de resolverse, e converteuse no actual pescozo de botella técnico. Os traballos posteriores deben estar en profundidade no efecto térmico que pode producir a batería despois dun funcionamento anormal e atopar unha forma eficaz de mellorar o rendemento de seguridade da batería de ión de litio.

Na actualidade, o uso de disolventes que conteñen flúor e aditivos retardantes de chama é unha dirección importante para desenvolver unha batería de ión-litio de tipo de seguridade. Como equilibrar o rendemento electroquímico e a seguridade a altas temperaturas será o foco da investigación futura. Por exemplo, desenvólvese un conxunto integrado P, N, F e CL de retardante de chama composto de alto rendemento e desenvólvese un disolvente orgánico cun alto punto de ebulición, un alto punto de inflamación e prodúcese unha solución electrolítica de alto rendemento de seguridade.

Os retardantes de chama compostos, aditivos de dobre función tamén se converterán en tendencias de desenvolvemento futuro. No que respecta ao material do electrodo da batería de ión de litio, as propiedades químicas da superficie do material son diferentes, o grao de sensibilidade do material do electrodo sobre o potencial de carga e descarga é inconsistente e é imposible usar un ou varios electrodos / electrólitos / aditivos limitados para todo o deseño estrutural da batería. Polo tanto, no futuro, deberíamos centrarnos no desenvolvemento de diferentes sistemas de batería para materiais específicos de electrodos.

Ao mesmo tempo, tamén está a desenvolver un sistema de baterías de polímero de iones de litio con alta seguridade ou o desenvolvemento de electrólitos sólidos inorgánicos que teñan un único catione condutor e transporte rápido de ións e alta termoestabilidade. Ademais, mellorar o rendemento do líquido iónico, desenvolver sistemas sintéticos sinxelos e baratos tamén é unha parte importante da investigación futura.