Előrelépések a töltés lítium akkumulátor hőveszteségével kapcsolatos kutatásban

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Umhlinzeki Wesiteshi Samandla Esiphathekayo

Absztrakt: A nagy biztonságú lítium-ion akkumulátorok kutatásának legújabb eredményeinek és fejlesztési kilátásainak összefoglalása. Az elektrolitok és elektródák magas hőmérsékleti stabilitása miatt fontos, hogy a lítium-ion akkumulátorok termikus instabilitásának okai és mechanizmusaik egyértelművé tették, hogy a meglévő kereskedelmi lítium-ion akkumulátor rendszer nem megfelelő magas hőmérsékleten, javasolja a magas hőmérsékletű elektrolitok fejlesztését, pozitív és negatív módosításokat és külső akkumulátor-kezelést stb. nagy biztonságú lítium-ion akkumulátorok tervezésére.

Kitekintés a biztonsági lítium-ion akkumulátorok fejlesztésének műszaki perspektívájának fejlesztésére. 0 Bevezetés A lítium-ion akkumulátorok egy újfajta energia tipikus képviselőjévé válnak alacsony költségüknek, nagy teljesítményüknek, nagy teljesítményüknek és zöld környezetüknek köszönhetően, amelyet széles körben alkalmaznak a 3C digitális termékekben, a mobil tápegységekben és az elektromos szerszámokban. Az elmúlt években a környezetszennyezés fokozódása és a nemzeti szakpolitikai iránymutatások miatt az elektromos járművek alapú elektromos járművek piaca megnövelte a lítium-ion akkumulátorok iránti keresletet, a nagy teljesítményű lítium-ion akkumulátorrendszerek fejlesztése során az akkumulátorbiztonsági kérdések nagy figyelmet kaptak, A meglévő problémákat sürgősen további megoldásra van szükség.

Az akkumulátor rendszer hőmérséklet-változását a hő megjelenése és két eloszló tényező határozza meg. A lítium-ion akkumulátor hőjének előfordulását a hőbomlás és az akkumulátor anyaga közötti reakció okozza. Csökkentse az akkumulátorrendszer hőjét és javítsa a rendszer magas hőmérséklet elleni teljesítményét, az akkumulátorrendszer biztonságos.

És kis hordozható berendezések, például mobiltelefonok, a laptop akkumulátor kapacitása általában kevesebb, mint 2AH, az elektromos járművekben használt lítium-ion akkumulátor kapacitása általában nagyobb, mint 10h, és a helyi hőmérséklet gyakran magasabb, mint 55 °C normál működés közben, és a belső hőmérséklet eléri a 300 °C-ot. Magas hőmérsékleten vagy nagy sebességű töltési és kisütési körülmények között végül a szerves reakcióoldali hőmérséklet emelkedését okozza, a hő és a lángok hőemelkedése. vezérlés és akkumulátor égés vagy robbanás [3]. A saját kémiai reakciótényezői mellett egyeseknél túlmelegedés, előzés és mechanikai behatás okozta rövidzárlatot, bizonyos mesterséges tényezők is vezethetnek a lítium-ion akkumulátor előfordulásához, ami biztonsági baleseteket okozhat. Ezért fontos a lítium-ion akkumulátorok magas hőmérsékletű teljesítményének tanulmányozása és javítása.

1 A lítium-ion akkumulátor termikus kontrollálatlan okainak elemzése fontos, mert az akkumulátor belső hőmérséklete emelkedik. Jelenleg a kereskedelmi lítium-ion akkumulátorokban a legszélesebb körben használt elektrolitrendszer a LiPF6 vegyes karbonát oldata. Az ilyen oldószer nagy illékonysággal, alacsony lobbanásponttal rendelkezik, és nagyon könnyen éghet.

Ha a belső rövidzárlat ütközés vagy deformálódott, nagy sebességű töltés és kisütés és előzés, sok hő lesz, ami az akkumulátor hőmérsékletének emelkedését eredményezi. Egy bizonyos hőmérséklet elérésekor bomlási reakciók sorozata az akkumulátor hőegyensúlyának tönkretételét okozza. Ha az e kémiai reakciók által felszabaduló hőt nem lehet időben elszívni, az súlyosbítja a reakció előrehaladását, és egy sor önmelegedő mellékreakciót vált ki.

Az akkumulátor hőmérséklete meredeken megemelkedik, vagyis "termikusan kicsúszik az irányítás", ami végül az akkumulátor leégéséhez vezet, és még egy robbanás is súlyosan megtörténik. Általánosságban elmondható, hogy a lítium-ion akkumulátor hőszabályozásának okai fontosak az elektrolit termikus instabilitásában, valamint az elektrolit termikus instabilitásában, valamint a pozitív és negatív elektródák együttélésében. Jelenleg a lítium-ion akkumulátorok biztonsága nagymértékben fontos a külső kezeléstől és a belső tervezéstől a belső hőmérséklet, feszültség és légnyomás szabályozása érdekében a biztonsági célok elérése érdekében.

2 Oldja meg a 2. hőszabályozási stratégiát. Külső menedzsment 1) PTC (pozitív hőmérsékleti együttható) komponens: A PTC komponenst lítium-ion akkumulátorba szerelje be, amely figyelembe veszi az akkumulátor belsejében lévő nyomást és hőmérsékletet, és amikor az akkumulátor túltöltés miatt felmelegszik, az akkumulátor 10 Az ellenállás növeli az áramkorlátozást, és a pozitív és negatív pólusok közötti feszültség biztonságos feszültségre csökken az akkumulátor automatikus védelmi funkciójának megvalósításához. 2) Robbanásbiztos szelep: Ha az akkumulátor túl nagy a rendellenes működés miatt, a robbanásbiztos szelep deformálódik, amely a csatlakoztatandó akkumulátor belsejébe kerül, állítsa le a töltést.

3) Elektronika: 2 ~ 4 akkumulátorcsomag díszítheti az elektronikus áramkör kialakításának lítium-ion védőjét, megakadályozza a túltöltést és a túlkisülést, megelőzi a biztonsági baleseteket, meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát. Természetesen ezek a külső vezérlési módok bizonyos hatást fejtenek ki, de ezek a kiegészítő eszközök megnövelték az akkumulátor összetettségét és gyártási költségét, és nem tudják teljesen megoldani az akkumulátorbiztonság problémáját. Ezért szükség van egy belső biztonsági védelmi mechanizmus létrehozására.

2.2 Az elektrolit elektrolit elektrolit lítium-ion akkumulátorként való javítása, az elektrolit jellege közvetlenül meghatározza az akkumulátor teljesítményét, fontos az akkumulátor kapacitása, az üzemi hőmérséklet-tartomány, a ciklus teljesítménye és a biztonsági teljesítmény. Jelenleg a kereskedelemben kapható lítium-ion akkumulátoros elektrolitikus oldatrendszerek, a legszélesebb körben használt összetétel a LIPF6, a vinil-karbonát és a lineáris karbonát.

Az előlap nélkülözhetetlen kellék, és használatuknak is vannak korlátai az akkumulátor teljesítményét illetően. Ugyanakkor nagy mennyiségű alacsony forráspontú, alacsony lobbanáspontú karbonát oldószert használnak az elektrolitban, amely alacsonyabb hőmérsékletű lesz. Flash, van egy nagy biztonsági kockázat.

Ezért sok kutató megpróbálja javítani az elektrolitrendszert, hogy javítsa az elektrolitok biztonsági teljesítményét. Abban az esetben, ha az akkumulátor fő anyaga (beleértve az elektróda anyagát, a membrán anyagát, az elektrolit anyagát) rövid időn belül nem változik, az elektrolit stabilitása fontos módja a lítium-ion akkumulátorok biztonságának növelésének. 2.

2.1 Funkcionális adalékanyag A funkciós adalékok kisebb adagolású, célzott funkcióval rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy jelentősen javíthatja az akkumulátor bizonyos makroszkopikus teljesítményét anélkül, hogy megváltoztatná a gyártási folyamatot anélkül, hogy megváltoztatná az akkumulátor költségeit vagy lényegében nem.

Ezért a funkcionális adalékanyagok a mai lítium-ion akkumulátorok forró pontjává váltak, amely az egyik legígéretesebb út, amely jelenleg a lítium-ion akkumulátor-elektrolit legígéretesebb patogén megoldása. Az adalék alapvető célja, hogy megakadályozza, hogy az akkumulátor hőmérséklete túl magas legyen, és az akkumulátor feszültsége a szabályozási tartományra korlátozódjon. Ezért az adalékanyag tervezését a hőmérséklet és a töltési potenciál szempontjából is figyelembe kell venni.

Égésgátló adalék: Az égésgátló adalék szerves foszforos égésgátló adalékokra, nitrogéntartalmú összetett égésgátló adalékokra, szilícium alapú égésgátló adalékokra és kompozit égésgátló adalékokra is felosztható. 5 fontos kategória. Szerves foszforeszkáló égésgátló: fontos néhány alkil-foszfát, alkil-foszfit, fluorozott foszfát és foszfát-nitrilvegyület.

Az égésgátló mechanizmus fontos a hidrogén-szabad gyököket zavaró égésgátló molekulák láncreakciójában, más néven szabad gyökfogó mechanizmus. Az additív gázosítási bomlás során foszfortartalmú szabad gyökök szabadulnak fel, a szabad gyökök láncreakciót megszakító képessége. Foszfát égésgátló: Fontos foszfát, trietil-foszfát (TEP), tributil-foszfát (TBP) stb.

Foszfát-nitrilvegyületek, például hexametil-foszfazén (HMPN), alkil-foszfitok, például trimetil-foszfit (TMPI), 3-(2,2,2-trifluor-etil), foszfit (TT-FP), fluorozott sav-észterek, például tri-2,2,2-trifluor-etil- (TFP) di-(2,2,2-trifluor-etil)-metil-foszfát (BMP), (2,2,2-trifluor-etil)-dietil-foszfát (TDP), fenil-foszfát (DPOF) stb. jó égésgátló adalék. A foszfát jellemzően viszonylag nagy viszkozitású, gyenge elektrokémiai stabilitású, és az égésgátló hozzáadása az elektrolit ionvezetőképességére és az elektrolit keringésének reverzibilitására is negatív hatással van, miközben növeli az elektrolit fénytörési képességét.

Általában: 1 új alkilcsoport széntartalma; 2 aromás (fenil) csoporttal szubsztituált alkilcsoport; 3 ciklikus szerkezetű foszfátot képeznek. Szerves halogénezett anyag (halogénezett oldószer): a szerves halogén égésgátló fontos influenza influenza esetén. Miután a H-t F helyettesíti, megváltoztak a fizikai tulajdonságai, mint például az olvadáspont csökkenése, a viszkozitás csökkenése, a kémiai és elektrokémiai stabilitás javulása stb.

A szerves halogén égésgátló fontos, hogy tartalmazzon fluorciklusos karbonátokat, fluor-lánc-karbonátokat és alkil-perfluor-dekán-étert stb. Az OHMI és más összehasonlító fluor-etil-éter, fluorid tartalmú fluorvegyületek azt mutatták, hogy a 33,3% (térfogat-frakció) hozzáadása 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (térfogatarány 1:1:1) Az elektrolit lobbanáspontja magasabb, redukciós potenciálja magasabb, mint a szerves oldószer EC, DEC és PC, amely gyorsan SEI filmet képezhet a természetes grafit felületén, javítja a Cullen hatékonyságát és kisütési kapacitását. Maga a fluor nem rendelkezik a fent leírt égésgátló szabadgyök-befogó funkciójával, csak a nagy illékony és gyúlékony társoldószerek hígítására szolgál, így csak a térfogatarány az elektrolitban többnyire (70%) Amikor az elektrolit nem gyúlékony. Kompozit égésgátló: Az elektrolitban jelenleg használt kompozit égésgátló PF vegyülettel és NP osztályú vegyülettel rendelkezik, a reprezentatív anyagok egy fontos hexametil-foszforid (HMPA), fluorofoszfát stb.

Az égésgátló két égésgátló elem szinergikus használatával égésgátló hatást fejt ki. FEI et al. Két NP égésgátlót, MEEP-et és MEE-t javasol, molekuláris képlete pedig az 1. ábrán látható.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, az elektrolit 90%-kal csökkentheti a gyúlékonyságot, és a vezetőképesség elérheti a 2,5 × 10-3S / cm-t. 2) Túltöltött adalék: A lítium-ion akkumulátor túltöltése során reakciók sorozata következik be.

A pozitív elektród felületén az oxidatív bomlási reakciók felületét megfordító elektrolit komponens (fontos az oldószer) gáz keletkezik és hőmennyiség szabadul fel, ami az akkumulátor belső nyomásának növekedését és hőmérséklet-emelkedést eredményez, az akkumulátor biztonságát pedig komolyan érinti. A célmechanizmusból az overchaul védő adalék fontos az oxidatív sztrippelő típushoz és kétféle elektromos polimerizációs típushoz. Az adalékanyag típusa szerint lítium-halogenidre, metallocén vegyületre osztható.

Jelenleg a redox-túltöltést gátló adalékokon egy túlhevült kiegészítő adapráz (BP) és ciklohexilbenzol (CHB) az alapelv, ha a töltési feszültség meghaladja a normál lekapcsolási feszültséget, az adalékanyag a pozitív elektródánál kezdődik. Az oxidációs reakció, az oxidációs termék a negatív elektródára diffundál, és bekövetkezik a redukciós reakció. Az oxidáció zárva van a pozitív és negatív pólusok között, elnyeli a felesleges töltést.

Jellemző anyagai egy ferrocén és származéka, a ferrid 2,2-piridin és egy 1,10 szomszédos glenolin komplex, tiol származék. Polimerizációs blokk töltésgátló adalék. Jellemző anyagok a ciklohexil-benzol, a bifenil és más anyagok.

Amikor a bifenilt előtöltött adalékként használják, amikor a feszültség eléri a 4,5-4,7 V-ot, a hozzáadott bifenil elektrokémiailag polimerizálódik, vezetőképes filmréteget képezve a pozitív elektróda felületén, növelve az akkumulátor belső ellenállását, ezáltal korlátozva a töltőáramot védő akkumulátort.

2.2.2 Az ionos folyékony ion folyékony elektrolit teljes egészében jinből és kationból áll.

Mivel a köztes ionok vagy kationos térfogatok gyengék, az intermedier gyenge, az elektroneloszlás egyenetlen, és az oan-censon szabadon mozoghat szobahőmérsékleten, ami folyékony. Felosztható imidazolra, pirazolra, piridinre, kvaterner ammóniumsóra stb. A lítium-ion akkumulátorok közönséges szerves oldószereihez képest az ionos folyadékoknak 5 előnyük van: 1 nagy termikus stabilitás, 200 °C nem bomlik le; 2 gőznyomás majdnem 0, nem kell aggódnia az akkumulátor miatt; 3 ionos folyadék nem könnyen éghető el Nincs korrozív; 4 nagy elektromos vezetőképességű; 5 kémiai vagy elektrokémiai stabilitás jó.

Az AN vagy hasonló a PP13TFSI-t és az 1Mollipf6ec / Dec-t (1:1) elektrolittá alakítja, amivel teljesen nem üzemanyag hatások érhetők el, és 2 tömeg% liboB adalékot adnak ehhez a rendszerhez az interfész kompatibilitás jelentős javítása érdekében. Az egyetlen megoldandó probléma az ion vezetőképessége az elektrolitrendszerben. 2.

2.3 A lítium-só termikus stabilitásának kiválasztása A hexafluor-foszfát (LiPF6) egy széles körben használt elektrolit lítium só a lítium-ion akkumulátorokban. Bár egyedi jellege nem optimális, általános teljesítménye a legelőnyösebb.

A LiPF6-nak azonban megvan a maga hátránya is, például a LiPF6 kémiailag és termodinamikailag instabil, és a reakció lezajlik: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), a reakcióban keletkező PF5 könnyen megtámadja az oxigénatomban lévő szerves oldószert. Magányos az elektronoktól, ami nyílt hurkú polimerizációt eredményez, és az éterkötések magas hőmérsékleten különösen súlyosak. A magas hőmérsékletű elektrolitsók jelenlegi kutatásai szerves lítium-só mezőkre koncentrálódnak. A reprezentatív anyagok a bór alapú sóknál, az imin alapú lítium sóknál fontosak.

A LIB (C2O4) 2 (liboB) egy újonnan szintetizált elektrolit só az elmúlt években. Számos kiváló tulajdonsággal rendelkezik, bomlási hőmérséklete 302 ° C, stabil SEI filmet képezhet a negatív elektródában. Javítsa a grafit teljesítményét a PC alapú elektrolitikus oldatban, de a viszkozitása nagy, a kialakult SEI film impedanciája [14].

A LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) bomlási hőmérséklete 360 ​​° C, és az ionvezetőképesség normál hőmérsékleten valamivel alacsonyabb, mint a LiPF6. Az elektrokémiai stabilitás jó, az oxidációs potenciál pedig körülbelül 5,0 V, ami a leginkább szerves lítium só, de komoly korróziót okoz az Al-bázisú folyadékban.

2.2.4 Polimer elektrolit Sok lítium-ion akkumulátor gyúlékony és illékony karbonát oldószereket használ, ha a szivárgás tüzet okozhat.

Ez különösen a nagy teljesítményű, nagy kapacitású, nagy energiasűrűségű lítium-ion akkumulátor. Ahelyett, hogy gátlástalan polimer elektrolitokat használna gyúlékony szerves folyékony elektrolitok helyett, jelentősen javíthatja a lítium-ion akkumulátorok biztonságát. A polimer elektrolitok, különösen a gél típusú polimer elektrolitok kutatása nagy előrehaladást ért el.

Jelenleg sikeresen használják kereskedelmi forgalomban lévő lítium-ion akkumulátorokban. A polimer test besorolása szerint a gél polimer elektrolit a következő három kategóriában fontos: PAN alapú polimer elektrolit, PMMA polimer elektrolit, PVDF alapú polimer elektrolit. A gél típusú polimer elektrolit azonban valójában egy száraz polimer elektrolit és egy folyékony elektrolit kompromisszumának eredménye, és a gél típusú polimer akkumulátorokon még sok munka vár.

2.3 A pozitív anyag meghatározhatja, hogy a pozitív elektróda anyaga instabil, ha a töltési állapot feszültsége 4 V felett van, és könnyen előállítható magas hőmérsékleten oldott hő az oxigén lebontásához, az oxigén és a szerves oldószerek továbbra is nagy mennyiségű hőt és egyéb gázokat reagálnak, csökkentve az akkumulátor biztonságát [2, 17-19]. Ezért a pozitív elektród és az elektrolit reakciója a hő egyik fontos oka.

Ami a normál anyag, javítja a közös módszer a biztonságot a bevonat módosítása. A pozitív elektróda anyagának MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2 stb. felületi bevonásához csökkentheti a Die +-hátsó pozitív és az elektrolit reakcióját, miközben csökkenti a pozitív elektród kromatográfiáját, gátolva a pozitív elektród anyagának fázisváltozását.

Javítja szerkezeti stabilitását, csökkenti a rácsban lévő kation zavarokkal szembeni ellenállását, ezáltal csökkenti a keringési folyamat másodlagos reakcióját. 2.4 A szénanyag jelenleg kis fajlagos felülettel, nagyobb töltő- és kisütési platformmal, kis töltő- és kisütési platformmal, viszonylag magas termikus stabilitással, viszonylag jó termikus állapottal, viszonylag magas hőstabilitással, viszonylag nagy hőstabilitással, viszonylag magas hőstabilitással rendelkezik.

Ilyenek például a köztes fázisú szén mikrogömbök (MCMB), vagy a spinell szerkezetű Li9Ti5o12, ami jobb, mint a laminált grafit szerkezeti stabilitása [20]. A szénanyag teljesítményének jelenlegi javításának módszere fontos a felületkezeléshez (felületi oxidáció, felületi halogénezés, szénburkolat, fémbevonat, fémoxid, polimer bevonat), illetve fém- vagy nemfémes adalékolás bevezetése. 2.

5 A jelenleg kereskedelmi forgalomban lévő lítium-ion akkumulátorokban alkalmazott membrán még mindig poliolefin anyag, és jelentős hátránya a forróság és az elektrolitikus folyadékok gyenge beszivárgása. E hibák kiküszöbölése érdekében a kutatók számos módszert kipróbáltak, például termikus stabilitású anyagokat kerestek, vagy kis mennyiségű Al2O3 vagy SiO2 nanopowdia-t adtak hozzá, amelyeknek nemcsak közös membránja van, hanem a pozitív elektróda anyagának termikus stabilitása is. használat.

MIAO és munkatársai, elektrosztatikus fonási módszerrel előállított poliimid nano nemszőtt gyártás. A DR- és TGA-szerű jellemzési eszközök azt mutatják, hogy nemcsak hőstabilitást képes fenntartani 500 °C-on, hanem jobb elektrolit beszivárgást is biztosít a CELGARD membránhoz képest. WANG és munkatársai AL2O3-PVDF nanoszkopikus mikroporózus membránt készítettek, amely jó elektrokémiai tulajdonságokkal és termikus stabilitással rendelkezik, kielégítve a lítium-ion akkumulátorleválasztók használatát.

3 Összefoglaló és várom az elektromos járművekhez és energiatárolókhoz való lítium-ion akkumulátorokat, amelyek sokkal nagyobbak, mint a kis elektronikai berendezések, és a használati környezet is bonyolultabb. Összegezve azt látjuk, hogy a biztonsága még korántsem megoldható, a jelenlegi technikai szűk keresztmetszet lett. A további munkának alaposan meg kell vizsgálnia azt a hőhatást, amelyet az akkumulátor rendellenes működés után okozhat, és meg kell találni a hatékony módot a lítium-ion akkumulátor biztonsági teljesítményének javítására.

Jelenleg a fluortartalmú oldószeres és égésgátló adalékok alkalmazása fontos irány a biztonsági típusú lítium-ion akkumulátor fejlesztésében. Az elektrokémiai teljesítmény és a magas hőmérsékletű biztonság egyensúlyának megteremtése a jövőben a kutatás fókusza lesz. Például egy nagy teljesítményű kompozit égésgátló integrált integrált P, N, F és CL készletet fejlesztenek ki, és magas forráspontú, magas lobbanáspontú szerves oldószert fejlesztenek ki, és nagy biztonsági teljesítményű elektrolitikus oldatot állítanak elő.

A kompozit égésgátlók, a kettős funkciójú adalékok szintén a jövő fejlesztési irányvonalaivá válnak. A lítium-ion akkumulátor elektróda anyagát illetően az anyag felületi kémiai tulajdonságai eltérőek, az elektróda anyagának érzékenysége a töltési és kisülési potenciálra inkonzisztens, és lehetetlen egy vagy korlátozott több elektródát / elektrolitot / adalékot használni az összes akkumulátor szerkezeti kialakításához. Ezért a jövőben az egyes elektródaanyagokhoz különböző akkumulátorrendszerek fejlesztésére kell összpontosítanunk.

Ezzel egyidejűleg nagy biztonságú polimer lítium-ion akkumulátorrendszert vagy olyan szervetlen szilárd elektrolitot fejleszt ki, amely egyetlen kationnal vezetőképes, gyors iontranszporttal és nagy hőstabilitású. Emellett az ionos folyadék teljesítményének javítása, az egyszerű és olcsó szintetikus rendszerek fejlesztése is fontos része a jövőbeli kutatásoknak.