Zašto je toplina baterije izvan kontrole? Je li to razlog kratkog spoja?

Autor: Iflowpower – Dobavljač prijenosnih elektrana

Litijska baterija veće od energetske snage miljenik je današnje industrije baterija, međutim, što je veća energija, sigurnost je također drugačija. Mehanizam kvara baterije također je vrlo kompliciran. Prilikom proučavanja mehanizma za kontrolu topline baterije, ljudi su prije bili u mogućnosti analizirati toplinski odgovor na jedan modul baterije, kao što su katode, anode, dijafragme i elektroliti.

Na primjer, skupljanje dijafragme ili nepotpuno zatvaranje sigurno će povećati gustoću struje, što će rezultirati lokalnim pregrijavanjem ili čak uzrokovati gubitak kontrole nad toplinom baterije. Stoga je priprema dijafragme visoke toplinske stabilizacije jedan od načina za poboljšanje sigurnosti baterije. Međutim, problem je, kako stabilizirajuća dijafragma visoke temperature može riješiti sigurnosni problem baterije? Današnji vrlo traženi puni čvrsti elektrolit (kruti keramički i polimerni elektrolit zamjenjuje tradicionalnu dijafragmu i elektrolit), može li temeljito smanjiti sigurnost baterije? Nedavno je tim Ouyang Ming Te Sveučilišta Qinghua istaknuo da sigurnosni dizajn litijske baterije nije samo za poboljšanje sigurnosti jednog materijala, već bi trebao početi od razine sustava.

Autor uzima u obzir čimbenike razine baterije i razine materijala, te se proučava mehanizam termičke kontrole litijske baterije. Studija se temelji na grafitu kao anodi, monokristalnom sloju Li0,5Mn0.

3CO0.2O2 (NMC532) je litijska baterija tipa 25aH od PET/keramičkog netkanog materijala kao dijafragme. Autori analiziraju katodni plin, strukturnu (faznu) transformaciju i stvaranje topline kada nema anode, kada postoji aktivno stanje, a analizira se katoda.

Pretpostavlja se da ako O2 koji se oslobađa katodom može reagirati s anodom, to će biti ozbiljan potencijalni sigurnosni problem! Kroz dva dijela eksperimenta dizajna sigurnosnog mehanizma, autor prvo provodi ispitivanje lukom cijele baterije, nakon čega slijede različite komponente baterije. Među njima, EV-ARC test bilježi cijeli proces termičke van kontrole baterije i utvrđeno je da je temperatura gubitka topline baterije čak niža od temperature skupljanja topline membrane, što ukazuje da baterija nije nastala zbog kvara prolaza. Kratki spoj velike površine.

Ovo je prvo izvješće bez toplinske kontrole u slučaju unutarnjeg kratkog spoja. Kako bi proučili specifične mehanizme provođenja topline, tim koristi DSC tehnologiju za analizu protoka topline (katoda, anoda, elektrolit i njihova kombinacija) različitih komponenti baterije; koristiti online visokotemperaturnu XRD tehnologiju za određivanje katode tijekom zagrijavanja i toplinske razgradnje. Nadalje, autor koristi tehnologiju sinkrone toplinske analize (DSC-TG) i masenu spektrometriju (MS), otkrivajući toplinu, gubitak težine i proces oslobađanja plina. Kako bi dodatno potvrdio zaključak, autor će brzo zamrznuti tekući dušik na 206 ¡ã C, niz naknadnih testova, uključujući SEM, ICP-OES i XPS testove, uključujući SEM, ICP-OES i XPS testove.

Slika 1 Osnovna svojstva litijske baterije: a. Performanse cirkulacije i učinkovitost Kuruna; b. Izuzetne performanse Snažna litijska baterija pokazuje dobre performanse ciklusa i performanse povećanja.

Kapacitet pražnjenja prvog tjedna je 25,04 ah, i dalje 24,08 ah nakon 292 tjedna, a stopa zadržavanja kapaciteta je čak 96%.

Čak i na 4C, još uvijek postoji kapacitet od 21,5ah. Slika 2. Mjerenje topline van kontrole litijske baterije pomoću EV + ARC.

Mala slika je faza autopilota (0-105 s) autori koriste EV + ARC za nadzor topline van kontrole litijske baterije. T1 je početna temperatura samozagrijavanja, T2 je toplinska izvankontrolirana temperatura (TR), T3 je najviša temperatura. T1 je 115.

2 ¡ã C. Točan zapis instrumenta pod ovim procesom porasta temperature (T1→T2) kemijska sporedna reakcija. Prvo, razgradnja SEI filma anode uzrokuje da anoda koja je izložena elektrolitu formira novi SEI film, a toplina je također toplina; SEI se stalno ponavlja, što rezultira nestajanjem i dizanjem anorganskih komponenti karbonatne komponente površine anode; javlja se sporedna reakcija, uzrokujući porast temperature do temperature gubitka topline TR (T2 = 231 ¡ã C).

U ovom trenutku, indeks temperature baterije raste, a egzotermna reakcija je izuzetno intenzivna. S baterijom otpustite veliku količinu dima; osim toga, ekspanzija volumena baterije je vrlo očita, što dokazuje da je egzotermna sporedna reakcija ovog procesa uzrokovana plinom. Nakon postizanja T2, temperatura baterije se u roku od nekoliko sekundi brzo povećava na 815 ¡ã C kako bi se postigla najviša vrijednost T3.

Slika 325AHSC-NMC532 / karakterizacija grafitne termičke van kontrole A. Odnos između stope gubitka topline, stope porasta temperature, napona baterije i unutarnjeg otpora i apsolutne temperature; B. Prije gubitka topline, unutarnji otpor slijedi apsolutnu promjenu temperature (dio slike). Kada toplina izmakne kontroli, napon baterije varira s apsolutnim temperaturama u sveobuhvatniju studiju unutarnje reakcije baterije.

Prilikom testiranja autora bilježe se promjene napona i unutarnjeg otpora u stvarnom vremenu. Slika 3A, nakon što se prijelomna točka stope porasta temperature dogodi nakon 160 ¡ã C, T1 (115,2 ¡ã C), što je povezano s ponovljenim stvaranjem SEI i razgradnjom LiPF6, ovaj proces ubrzava proizvodnju topline i plina.

Promjena napona pokazuje da dolazi do topline van kontrole (T2 = 231 ¡ã C), napon se održava iznad 2,0 V, što dokazuje da nema kratkog spoja. Promjene u unutarnjem otporu baterije podijeljene su u četiri faze: stupanj I ( <145 ¡ã C), the internal resistance is slow to 22.

1M. Manja ovisnost; stupanj II (145175 ¡ã C), unutarnji otpor 22,1 m→143.

3m. Baterija se lomi na 145 ¡ã C, ubrzava napad elektrolita, uzrokujući povećanje unutarnjeg otpora; povećanje impedancije katode također povećava unutarnji otpor baterije; razgradnja površine anode SEi uzrokuje nove rastuće anorganske komponente, smanjujući ionsku vodljivost, što također rezultira povećanim unutarnjim otporom baterije; stupanj III (180231 ¡ã C), unutarnji otpor 143,3 m→56.

5m. Prije gubitka topline, smanjenje unutarnjeg otpora je zbog otapanja prijelaznog metala i razgradnje litijeve soli, što će biti potvrđeno kasnije; stupanj IV (> 231 ¡ã C), unutarnji otpor 56,5 m→1011.

2m. Nakon gubitka topline, baterija izgara, napon brzo pada u nekoliko sekundi, a unutarnji otpor tada brzo raste na 1011,2 m.

U ovom trenutku, dijafragma je raspala, baterija je potpuno otkazala. Slika 4PET-keramička netkana brtvena struktura i toplinska stabilnost: PET-keramičke netkane tkanine nakon ispitivanja toplinske stabilnosti (sobna temperatura 450 ¡ã C), SEM skeniranja, sobne temperature i 450 ¡ã C morfologije i mapiranja elemenata Nakon 500 ¡ã C na sobnoj temperaturi, DSC protok topline i TGA gubitak težine dijafragme su izgubljeni, stopa povećanja temperature bila je 10 ¡ã C / min; PET-keramička netkana dijafragma, ilustracija uvećane SEM fotografije Al2O3; pogled u presjeku, čestice Al2O3 Vlakna PET netkanog materijala omotana u konvencionalnu PP, PE dijafragmu pokazala su izvrsnu toplinsku stabilnost. Kao što je prikazano na slici 4A, na 230 ¡ã C tijekom 30 minuta dolazi do vrlo malog toplinskog skupljanja (1.

2%). Kao što je prikazano na slici 4B, PET se tali uz prijenos topline na 257 ¡ã C, a degradacija prati težinu na 432 ¡ã C. SEM na slici 4C pokazuje da su netkana PET nanovlakna ugrađena u keramičke čestice, a ne u dvostrani premaz keramičkih čestica.

Slika 4C presjek SEM pokazuje da je dijafragma 19.5μM Slika 5 Ispitajte uvjete provođenja topline svake komponente napunjene baterije putem DSC-a: a. Kada je prisutna elektrolitička otopina, elektroda za punjenje (Ce); b.

U prisutnosti elektrolita, elektroda za punjenje. anoda; CA katoda; ELE elektrolit; CE elektroda punjača Slika 5a pokazuje da su katoda i anoda daleko manje nego koegzistencija katode i anode; Slika 5B pokazuje da prisutnost ili odsutnost elektrolita nema značajan utjecaj. Stoga, bez obzira na to postoji li elektrolit, pomiješajte katodu i anodu, bit će puno topline.

Autor nagađa da postoji uzajamna uporaba katodne anode, što može biti kemijska reakcija. Slika 6. Strukturna transformacija, stvaranje topline i otpuštanje O2 materijala katode naboja: a. Visoka temperatura XRDB.

Pri različitim temperaturama, toplina na licu mjesta i oslobađanje DSC i TGA-MS sustava mjere se kada će visoka temperatura, Ditodij NMC Nije stabilan, strukturna transformacija pratiti oslobađanje O2. Autor nagađa da je uzrok toplinske van kontrole oslobađanje uzajamne upotrebe između O2 i anode. Slika 6A pokazuje da NMC 532 počinje mijenjati prijelaz slojevite strukture u strukturu spinela na 350 ¡ã C do 350 ¡ã C.

Slika 6B pokazuje da je MS krivulja proučavanja DSC krivulja topline i oslobađanja O2 u skladu sa strukturnom varijacijom, a postoji vrhunac na 276 ¡ã C, što znači ozbiljnu faznu transformaciju. Slika 7 je između katode u stanju napunjenosti i anode, interferencija između razine kemijske reakcije: katoda odvojenog naboja, vrhunac snažnog otpuštanja kisika; međutim, kada su prisutne katoda i anoda stanja naboja, u osnovi nema doziranja. Međutim, u istom temperaturnom intervalu, proizvodnja topline je znatno veća, a stanje naboja se oslobađa pri visokim temperaturama na temelju sheme međusobne interferencije kemijske reakcije, a oslobađa se samo mala količina topline; kada postoji anoda, toplina O2 je izvan kontrole. Stoga, radi sigurnosti mehaničkog sustava litijskih baterija, sustav upravljanja toplinom treba intervenirati prije nego što toplina izmakne kontroli, inače je teško spriječiti paljenje baterije čak i ako tekući dušik ima najjaču funkciju rasipanja topline.

Slika 8 Tijekom pojave gubitka topline, karakterizacija tekućeg dušika je zamrznuta tekućim dušikom, krivulja promjene tekućeg dušika, temperatura baterije i napon dodani su na 206 ¡ã C, a ilustracija je prednja površina (I) i bočna površina baterije nakon hlađenja tekućim dušikom (II) Fotografija; Struktura laminacije tipa Z i baterija nakon hlađenja u tekućem dušiku na 206 ¡ã C, foto tekući dušik u unutarnjoj katodi, anodi i dijafragmi, brzo do -100 ¡ã C u bateriji od 206 ¡ã C, iako je strana vrećice za predbateriju u zakovicama (Slika 8A). Slika 8B prikazuje raspadnuti baterijski modul, bez vidljive rupe ili oštećene površine, što pokazuje da održava stabilnost napona i učinkovito sprječava kratki spoj; površina katode i odgovarajuća dijafragma su crni pojas, što je Ni, CO, MN taloženje prijelaznog metala Nema značaj.