Napredak u istraživanju toplinskog gubitka kod punjenja litijske baterije

Awdur: Iflowpower - Mofani oa Seteishene sa Motlakase se nkehang

Sažetak: Sažetak najnovijih dostignuća i razvojnih izgleda za istraživanje litij-ionskih baterija visoke sigurnosti. Važno od visoke temperaturne stabilnosti elektrolita i elektroda, uzroci toplinske nestabilnosti litij-ionskih baterija i njihovih mehanizama razjasnili su da je postojeći komercijalni sustav litij-ionskih baterija neadekvatan na visokim temperaturama, predlaže razvoj visokotemperaturnih elektrolita, pozitivne i negativne modifikacije i vanjsko upravljanje baterijom, itd. dizajnirati litij-ionske baterije visoke sigurnosti.

Izgledi razvoja tehničke perspektive razvoja sigurnosnih litij-ionskih baterija. 0 Uvod Litij-ionske baterije postale su tipičan predstavnik nove vrste energije zbog svoje niske cijene, visokih performansi, velike snage i zelenog okruženja, široko korištene u 3C digitalnim proizvodima, mobilnoj energiji i električnim alatima. Posljednjih godina, zbog intenziviranja onečišćenja okoliša i smjernica nacionalne politike, tržište električnih vozila temeljeno na električnim vozilima povećalo je potražnju za litij-ionskim baterijama, u procesu razvoja sustava litij-ionskih baterija velike snage, pitanja sigurnosti baterija privukla su veliku pozornost. Postojeći problemi hitno se moraju dodatno riješiti.

Promjena temperature baterijskog sustava određena je pojavom topline i raspoređena dva faktora. Pojava topline litij-ionske baterije je važna zbog reakcije između toplinske razgradnje i materijala baterije. Smanjite toplinu baterijskog sustava i poboljšajte performanse sustava protiv visokih temperatura, baterijski sustav je siguran.

I mala prijenosna oprema kao što su mobilni telefoni, kapacitet baterije prijenosnog računala općenito je manji od 2AH, a kapacitet litij-ionske baterije koja se koristi u električnim vozilima općenito je veći od 10ah, a lokalna temperatura je često viša od 55 °C tijekom normalnog rada, a unutarnja temperatura će doseći 300 °C, Pod visokim temperaturama ili uvjetima punjenja i pražnjenja velike brzine, porast topline i temperatura zapaljivosti organskog otapala uzrokovat će niz nuspojava, što na kraju dovodi do toplinske van kontrole i izgaranja ili eksplozije baterije [3]. Osim vlastitih čimbenika kemijskog odgovora, neki ljudi imaju kratki spoj uzrokovan pregrijavanjem, pretjecanjem i mehaničkim utjecajem, neki umjetni čimbenici također mogu dovesti do pojave litij-ionske baterije koja uzrokuje sigurnosne nesreće. Stoga je važno proučiti i poboljšati performanse litij-ionskih baterija na visokim temperaturama.

1. Analiza uzroka izvan kontrole topline litij-ionske baterije važna je jer unutarnja temperatura baterije raste. Trenutno je najrašireniji sustav elektrolita u komercijalnim litij-ionskim baterijama miješana karbonatna otopina LiPF6. Takvo otapalo ima visoku hlapljivost, nisko plamište, vrlo lako zapaljivo.

Kada je unutarnji kratki spoj uzrokovan sudarom ili deformacijom, velika brzina punjenja i pražnjenja i pretjecanja, bit će puno topline, što će rezultirati podizanjem temperature baterije. Kada se postigne određena temperatura, niz reakcija razgradnje uzrokovat će narušavanje toplinske ravnoteže baterije. Kada se toplina oslobođena ovim kemijskim reakcijama ne može na vrijeme evakuirati, to će pogoršati napredovanje reakcije i pokrenuti niz popratnih reakcija samozagrijavanja.

Temperatura baterije naglo raste, odnosno "toplina izmiče kontroli", što na kraju dovodi do izgaranja baterije, pa čak i ozbiljne eksplozije. Općenito, uzrok toplinske van kontrole litij-ionske baterije važan je u toplinskoj nestabilnosti elektrolita, kao i toplinskoj nestabilnosti elektrolita te koegzistenciji pozitivne i negativne elektrode. Trenutačno, s velikog aspekta, sigurnost litij-ionskih baterija važna je od vanjskog upravljanja i unutarnjeg dizajna za kontrolu unutarnje temperature, napona i tlaka zraka kako bi se postigle sigurnosne svrhe.

2 Riješite strategiju toplinske van kontrole 2. Vanjsko upravljanje 1) Komponenta PTC (pozitivni temperaturni koeficijent): Ugradite PTC komponentu u litij-ionsku bateriju, koja uzima u obzir tlak i temperaturu unutar baterije, a kada se baterija zagrije prekomjernim punjenjem, baterija je 10. Otpor se povećava kako bi se ograničila struja, a napon između pozitivnog i negativnog pola smanjuje se na siguran napon kako bi se ostvarila funkcija automatske zaštite baterije. 2) Ventil otporan na eksploziju: Kada je baterija prevelika zbog nenormalnosti, ventil otporan na eksploziju se deformira, što će biti postavljeno unutar baterije koju treba spojiti, zaustavite punjenje.

3) Elektronika: 2 ~ 4 paketa baterija mogu uljepšati dizajn elektroničkog sklopa litij-ionske zaštite, spriječiti prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje, spriječiti sigurnosne nezgode, produljiti vijek trajanja baterije. Naravno, ove vanjske metode kontrole imaju određeni učinak, ali ovi dodatni uređaji su dodali složenost i troškove proizvodnje baterije, te ne mogu u potpunosti riješiti problem sigurnosti baterije. Stoga je potrebno uspostaviti zaštitni mehanizam intrinzične sigurnosti.

2.2 Poboljšanje elektrolita elektrolit elektrolit kao litij-ionska baterija, priroda elektrolita izravno određuje performanse baterije, kapacitet baterije, raspon radne temperature, performanse ciklusa i sigurnosne performanse su važni. Trenutačno, komercijalni sustavi elektrolitičkih otopina litij-ionskih baterija, najčešće korišteni sastav je LIPF6, vinil karbonat i linearni karbonat.

Fronta je neizostavan sastojak, a njihova upotreba također ima određena ograničenja u pogledu performansi baterije. Istodobno se u elektrolitu koristi velika količina karbonatnog otapala s niskim vrelištem i niskim plamištem, koji će biti na nižim temperaturama. Flash, postoji velika sigurnosna opasnost.

Stoga mnogi istraživači pokušavaju poboljšati sustav elektrolita kako bi poboljšali sigurnosne performanse elektrolita. U slučaju kada se glavni materijal tijela baterije (uključujući materijal elektrode, materijal dijafragme, materijal elektrolita) ne promijeni u kratkom vremenskom razdoblju, stabilnost elektrolita važan je način za povećanje sigurnosti litij-ionskih baterija. 2.

2.1 Funkcionalna funkcija aditiva Aditivi imaju manju dozu, ciljanu značajku. To jest, može značajno poboljšati određene makroskopske performanse baterije bez promjene proizvodnog procesa bez promjene ili bez ikakvih novih troškova baterije.

Stoga su funkcionalni aditivi postali vruća točka u današnjoj litij-ionskoj bateriji, što je jedan od najperspektivnijih puteva koji su trenutno najperspektivnije patogeno rješenje elektrolita litij-ionske baterije. Osnovna upotreba aditiva je spriječiti previsoku temperaturu baterije i ograničenje napona baterije na kontrolno područje. Stoga se dizajn aditiva također razmatra iz perspektive temperature i potencijala punjenja.

Aditiv za usporavanje plamena: Aditiv za usporavanje plamena također se može podijeliti na organske fosforne aditive za usporavanje plamena, složene aditive za usporavanje plamena koji sadrže dušik, aditive za usporavanje plamena na bazi silicija i kompozitne aditive za usporavanje plamena. 5 važnih kategorija. Organski fosforno-stanični usporivač plamena: Važni uključuju neke spojeve alkil fosfata, alkil fosfita, fluoriranog fosfata i fosfat nitrila.

Mehanizam usporavanja plamena važan je za lančanu reakciju molekula usporavača plamena koje ometaju slobodne radikale vodika, također poznat kao mehanizam za hvatanje slobodnih radikala. Aditivna rasplinjavanje oslobađa slobodne radikale koji sadrže fosfor, sposobnost slobodnih radikala da prekinu lančanu reakciju. Fosfatni usporivač plamena: Važan fosfat, trietil fosfat (TEP), tributil fosfat (TBP) itd.

Fosfat nitrilni spoj kao što je heksametil fosfazen (HMPN), alkil fosfit kao što je trimetil fosfit (TMPI), tri-(2,2,2-trifluoroetil), fosfit (TT-FP), fluorirani kiselinski ester, kao što je tri-(2,2,2-trifluoroetil) fosfat (TFP), di-(2,2,2-trifluoroetil)-metil fosfat (BMP), (2,2,2-trifluoretil) - dietil fosfat (TDP), fenilfosfat (DPOF) itd. je dobar aditiv za usporavanje plamena. Fosfat tipično ima relativno visoku viskoznost, slabu elektrokemijsku stabilnost, a dodatak usporivača plamena također ima negativan učinak na ionsku vodljivost elektrolita i reverzibilnost cirkulacije elektrolita dok povećava lomljivost elektrolita.

Općenito je: 1 sadržaj ugljika novih alkilnih skupina; 2 aromatska (fenilna) skupina ostatak supstituirana alkilna skupina; 3 tvore fosfat cikličke strukture. Organski halogenirani materijal (halogenirano otapalo): organski halogeni usporivač plamena važan je za gripu gripu gripu gripu. Nakon što je H zamijenjen s F, njegova fizikalna svojstva su se promijenila, kao što je smanjenje tališta, smanjenje viskoznosti, poboljšanje kemijske i elektrokemijske stabilnosti itd.

Organski halogeni usporivač plamena je važan za uključivanje fluorocikličkih karbonata, fluorolančanih karbonata i alkil-perfluorodekan etera, itd. OHMI i drugi usporedni fluoroetil eter, fluoridni spojevi koji sadrže fluorid pokazali su da je dodavanje 33,3% (volumenski udio) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (volumenski omjer 1: 1: 1) elektrolit ima više visoko plamište, redukcijski potencijal je viši od organskog otapala EC, DEC i PC, koji može brzo formirati SEI film na površini prirodnog grafita, poboljšati prvo punjenje i pražnjenje Cullenove učinkovitosti i kapaciteta pražnjenja. Sam fluorid ne koristi funkciju hvatanja slobodnih radikala gore opisanog usporivača plamena, samo za razrjeđivanje visoko hlapljivih i zapaljivih suotapala, tako da je samo omjer volumena u elektrolitu uglavnom (70%) kada elektrolit nije zapaljiv. Kompozitni usporivač plamena: kompozitni usporivač plamena koji se trenutno koristi u elektrolitu ima spoj PF i spoj klase NP, reprezentativne tvari imaju važan heksametilfosforid (HMPA), fluorofosfat itd.

Usporivač plamena ispoljava učinak usporavanja plamena sinergističkom upotrebom dva elementa usporavača plamena. FEI i sur. Predlaže dva NP usporivača plamena MEEP i MEE, a njegova molekularna formula prikazana je na slici 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, elektrolit može smanjiti zapaljivost od 90%, a vodljivost može doseći 2,5 × 10-3S / cm. 2) Prenapunjeni aditiv: Dolazi do niza reakcija kada se litij-ionska baterija prepuni.

Komponenta elektrolita (važno je otapalo) inveraffling površinom reakcija oksidativne razgradnje na površini pozitivne elektrode, stvara se plin i oslobađa se količina topline, što rezultira povećanjem unutarnjeg tlaka baterije i porastom temperature, a sigurnost baterije je ozbiljno ugrožena. Od mehanizma namjene, aditiv za zaštitu od prekomjernog rada važan je za oksidativno skidanje snage i dvije vrste električne polimerizacije. Prema vrsti aditiva, može se podijeliti na litij halid, metalocenski spoj.

Trenutačno, overchaled dodatni dodatni dodatni adaprase (BP) i cikloheksilbenzen (CHB) na redoks anti-overcharg aditivi su princip kada napon punjenja prelazi normalni granični napon, aditiv počinje na pozitivnoj elektrodi. Reakcija oksidacije, produkt oksidacije difundira na negativnu elektrodu i dolazi do reakcije redukcije. Oksidacija je zatvorena između pozitivnog i negativnog pola, apsorbira višak naboja.

Njegove reprezentativne tvari su ferocen i njegov derivat, ferid 2,2-piridin i kompleks 1,10-susjednog glenolina, derivat tiola. Aditiv protiv punjenja bloka polimerizacije. Reprezentativne tvari uključuju cikloheksilbenzen, bifenil i druge tvari.

Kada se bifenil koristi kao prethodno napunjeni aditiv, kada napon dosegne 4,5 do 4,7 V, dodani bifenil se elektrokemijski polimerizira, stvarajući sloj vodljivog filma na površini pozitivne elektrode, povećavajući unutarnji otpor baterije, čime se ograničava zaštitna struja punjenja baterije.

2.2.2 Ion tekući ion tekući elektrolit u potpunosti se sastoji od yina i kationa.

Budući da su interi ioni ili kationski volumeni slabi, međuprodukt je slab, distribucija elektrona je neravnomjerna, a oan-censon se može slobodno kretati na sobnoj temperaturi, koji je tekući. Može se podijeliti na imidazol, pirazol, piridin, kvaternu amonijevu sol itd. U usporedbi s običnim organskim otapalom litij-ionskih baterija, ionske tekućine imaju 5 prednosti: 1. visoka toplinska stabilnost, 200 °C ne može se razgraditi; 2 tlak pare je gotovo 0, ne morate brinuti o bateriji; 3 ionsku tekućinu nije lako zapaliti Nema korozivnosti; 4 ima visoku električnu vodljivost; 5 kemijska ili elektrokemijska stabilnost je dobra.

AN ili slično oblikuje PP13TFSI i 1Mollipf6ec / Dec (1:1) u elektrolit, čime se mogu postići potpuno negorivi učinci, i dodati 2 wt% liboB aditiva u ovaj sustav kako bi se značajno poboljšala kompatibilnost sučelja. Jedini problem koji treba riješiti je vodljivost iona u sustavu elektrolita. 2.

2.3 Odabir toplinske stabilnosti litijeve soli heksafluorofosfat (LiPF6) široko je korišten elektrolit litijeve soli u litij-ionskoj bateriji. Iako njegova pojedinačna priroda nije optimalna, njegova ukupna izvedba je najpovoljnija.

Međutim, LiPF6 također ima svoje nedostatke, na primjer, LiPF6 je kemijski i termodinamički nestabilan, a dolazi do reakcije: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), reakcija generirana PF5 je lako napasti organsko otapalo u atomu kisika Usamljen za elektrone, što rezultira polimerizacijom otvorene petlje i eterskim vezama otapala, ova reakcija je posebno ozbiljna kod visoke temperature. Trenutna istraživanja visokotemperaturnih soli elektrolita koncentrirana su na polja organske soli litija. Reprezentativne tvari važne su za soli na bazi bora, litijeve soli na bazi imina.

LIB (C2O4) 2 (liboB) je nedavno sintetizirana sol elektrolita. Ima mnoga izvrsna svojstva, temperature razgradnje 302 °C, može formirati stabilan SEI film u negativnoj elektrodi. Poboljšanje performansi grafita u elektrolitičkoj otopini baziranoj na PC-u, ali njegova viskoznost je velika, formirana impedancija SEI filma [14].

Temperatura razgradnje LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) je 360 ​​° C, a vodljivost iona pri normalnoj temperaturi nešto je niža od LiPF6. Elektrokemijska stabilnost je dobra, a oksidacijski potencijal je oko 5,0 V, što je najorganska litijeva sol, ali predstavlja ozbiljnu koroziju Al bazne tekućine.

2.2.4 Polimerni elektrolit Mnoge standardne litij-ionske baterije koriste zapaljiva i hlapljiva karbonatna otapala, ako je vjerojatno da će curenje izazvati požar.

Ovo je posebno snažna litij-ionska baterija velikog kapaciteta, visoke gustoće energije. Umjesto upotrebe beskrupuloznih polimernih elektrolita umjesto zapaljivih organskih tekućih elektrolita, može značajno poboljšati sigurnost litij-ionskih baterija. Istraživanje polimernog elektrolita, posebno polimernog elektrolita tipa gela, jako je napredovalo.

Trenutno se uspješno koristi u komercijalnim litij-ionskim baterijama. Prema klasifikaciji polimernih tijela, gel polimerni elektrolit važan je sa sljedeće tri kategorije: polimerni elektrolit na bazi PAN-a, polimerni elektrolit na bazi PMMA, polimerni elektrolit na bazi PVDF-a. Međutim, polimerni elektrolit u obliku gela zapravo je rezultat kompromisa suhog polimernog elektrolita i kompromisa tekućeg elektrolita, a polimerne baterije u obliku gela još uvijek moraju obaviti mnogo posla.

2.3 Pozitivni materijal može odrediti da je materijal pozitivne elektrode nestabilan kada je napon u stanju punjenja iznad 4 V, i lako je generirati toplinu otopljenu na visokim temperaturama za razgradnju kisika, kisik i organska otapala nastavljaju reagirati velikom količinom topline i drugih plinova, smanjujući sigurnost baterije [2, 17-19]. Stoga se reakcija pozitivne elektrode i elektrolita smatra važnim uzrokom topline.

Što se tiče normalnog materijala, poboljšati uobičajenu metodu njegove sigurnosti je modifikacija premaza. Za površinski premaz materijala pozitivne elektrode s MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, itd., može smanjiti reakciju Die +-stražnje pozitivne elektrode i elektrolita, dok smanjuje kromatografiju pozitivne elektrode, inhibirajući promjenu faze tvari pozitivne elektrode.

Poboljšati njegovu strukturnu stabilnost, smanjiti otpor kationa na nered u rešetki, čime se smanjuje sekundarna reakcija procesa cirkulacije. 2.4 Ugljični materijal trenutno koristi nisku specifičnu površinu, veću platformu za punjenje i pražnjenje, malu platformu za punjenje i pražnjenje, relativno visoku toplinsku stabilnost, relativno dobro toplinsko stanje, relativno visoku termostabilnost, relativno visoku termostabilnost, relativno visoku termostabilnost.

Kao što su međufazne ugljikove mikrosfere (MCMB), ili Li9Ti5o12 spinelne strukture, koja je bolja od strukturne stabilnosti laminiranog grafita [20]. Metoda trenutnog poboljšanja performansi ugljičnog materijala važna je za površinsku obradu (površinska oksidacija, površinsko halogeniranje, ugljično oblaganje, prevlačenje metala, metalni oksid, polimerno prevlačenje) ili uvođenje metalnog ili nemetalnog dopinga. 2.

5 Membrana koja se trenutno primjenjuje u komercijalnim litij-ionskim baterijama još uvijek je poliolefinski materijal, a njeni važni nedostaci su vrućina i slaba infiltracija elektrolitičke tekućine. Kako bi prevladali te nedostatke, istraživači su pokušali mnogo načina, kao što je traženje materijala za toplinsku stabilnost ili dodavanje male količine Al2O3 ili SiO2 nanopraha, koji ne samo da ima zajedničku dijafragmu, već ima i toplinsku stabilnost materijala pozitivne elektrode. koristiti.

MIAO et al, poliimidna nano netkana izrada pripremljena metodom elektrostatičkog predenja. Sredstva karakterizacije slična DR i TGA pokazuju da ne samo da može održati toplinsku stabilnost na 500 °C, već i imati bolju infiltraciju elektrolita u odnosu na dijafragmu CELGARD. WANG i suradnici pripremili su AL2O3-PVDF nanoskopsku mikroporoznu membranu, koja pokazuje dobra elektrokemijska svojstva i toplinsku stabilnost, zadovoljavajući upotrebu separatora litij-ionske baterije.

3 Sažetak i veselimo se litij-ionskim baterijama za električna vozila i pohranu energije, koje su mnogo veće od male elektroničke opreme, a okruženje za korištenje je kompliciranije. Ukratko, možemo vidjeti da je njegova sigurnost daleko od rješenja te je postala trenutno tehničko usko grlo. Naknadni rad trebao bi se temeljiti na toplinskom učinku koji baterija može izazvati nakon nenormalnog rada i pronaći učinkovit način za poboljšanje sigurnosnih performansi litij-ionske baterije.

Trenutačno je upotreba otapala koja sadrže fluor i aditiva za usporavanje plamena važan smjer za razvoj sigurnosne litij-ionske baterije. Kako uravnotežiti elektrokemijsku učinkovitost i sigurnost pri visokim temperaturama bit će fokus budućih istraživanja. Na primjer, razvijen je visokoučinkoviti kompozitni integralni integrirani set za usporavanje plamena P, N, F i CL, razvijeno je organsko otapalo s visokim vrelištem, visokom točkom paljenja i proizvedena je elektrolitička otopina visoke sigurnosne učinkovitosti.

Kompozitni usporivači plamena, aditivi s dvostrukom funkcijom također će postati budući razvojni trendovi. Što se tiče materijala elektrode litij-ionske baterije, površinska kemijska svojstva materijala su različita, stupanj osjetljivosti materijala elektrode na potencijal punjenja i pražnjenja je nedosljedan i nemoguće je koristiti jednu ili ograničeno nekoliko elektroda / elektrolita / aditiva za cjelokupni strukturni dizajn baterije. Stoga bismo se u budućnosti trebali usredotočiti na razvoj različitih baterijskih sustava za specifične materijale elektroda.

U isto vrijeme, također razvija polimerni litij-ionski baterijski sustav s visokom sigurnošću ili razvoj anorganskog čvrstog elektrolita koji ima provodljivost jednog kationa i brz transport iona te visoku termostabilnost. Osim toga, poboljšanje performansi ionskih tekućina, razvoj jednostavnih i jeftinih sintetičkih sustava također je važan dio budućih istraživanja.