Framfarir í rannsóknum á hitauppstreymi á hleðslu litíum rafhlöðu

Awdur: Iflowpower - Leverantör av bärbar kraftverk

Ágrip: Yfirlit yfir nýjustu framfarir og þróunarhorfur fyrir rannsóknir á litíumjónarafhlöðum með mikilli öryggi. Mikilvægt vegna háhitastöðugleika raflausna og rafskauta, orsakir varmaóstöðugleika litíumjónarafhlöðu og kerfi þeirra hafa skýrt að núverandi litíumjónarafhlöðukerfi í atvinnuskyni er ófullnægjandi við háan hita, leggur til að þróa háhita rafsalta, jákvæðar og neikvæðar breytingar og ytri rafhlöðustjórnun osfrv. til að hanna háöryggis litíumjónarafhlöður.

Horfur á þróun tæknilegra möguleika á þróun öryggis litíumjónarafhlöðu. 0 Inngangur Lithium ion rafhlöður verða dæmigerður fulltrúi nýrrar orkutegundar vegna lágs kostnaðar, mikillar afkasta, mikils afl og græns umhverfis, mikið notað í 3C stafrænum vörum, farsímaorku og rafmagnsverkfærum. Á undanförnum árum, vegna aukinnar umhverfismengunar og leiðbeiningar um landsstefnu, hefur rafbílamarkaður sem byggir á rafknúnum ökutækjum aukið eftirspurn eftir litíumjónarafhlöðum, í því ferli að þróa öflug litíumjónarafhlöðukerfi hafa öryggismál rafhlöðunnar vakið mikla athygli , Núverandi vandamál þarf brýn að leysa frekar.

Hitabreyting rafhlöðukerfisins er ákvörðuð af tilkomu hita og dreift tveimur þáttum. Tilkoma hita litíum jón rafhlöðu er mikilvægt er af völdum viðbragða milli varma niðurbrot og rafhlaða efni. Dragðu úr hita rafhlöðukerfisins og bættu afköst kerfisins gegn háum hita, rafhlöðukerfið er öruggt.

Og lítill flytjanlegur búnaður eins og farsímar, getu fartölvu rafhlöðunnar er yfirleitt minni en 2AH, og rafhlaðan af litíumjónarafhlöðu sem notuð er í rafknúnum ökutækjum er yfirleitt meiri en 10ah, og staðbundið hitastig er oft hærra en 55 °C við venjulega notkun og innra hitastigið nær 300 °C. leiðir að lokum til hitauppstreymis úr stjórn og rafhlöðubrennslu eða sprengingar [3]. Til viðbótar við eigin efnasvörunarþætti, hafa sumir skammhlaup af völdum ofhitnunar, framúraksturs og vélrænna áhrifa, sumir gerviþættir geta einnig leitt til þess að litíumjónarafhlaða komi fyrir til að valda öryggisslysum. Þess vegna er mikilvægt að rannsaka og bæta háhitaafköst litíumjónarafhlöðu.

1 hitauppstreymi óviðráðanleg orsök greining á hitauppstreymi úr stjórn litíumjónarafhlöðunnar er mikilvæg vegna þess að innra hitastig rafhlöðunnar hækkar. Sem stendur er mest notaða saltakerfið í litíumjónarafhlöðum í atvinnuskyni blandað karbónatlausn af LiPF6. Slíkur leysir hefur mikla rokgjarnleika, lágan blossamark, mjög auðvelt að brenna.

Þegar innri skammhlaup af völdum áreksturs eða vansköpuð, mikið hraða hleðslu og losun og ná, það verður mikill hiti, sem leiðir til hækkandi hitastig rafhlöðunnar. Þegar ákveðið hitastig er náð mun röð niðurbrotsviðbragða valda því að hitajafnvægi rafhlöðunnar eyðileggst. Þegar ekki er hægt að tæma hita sem losnar við þessi efnahvörf í tæka tíð mun það auka framgang efnahvarfsins og kalla fram röð sjálfhitnandi hliðarviðbragða.

Hitastig rafhlöðunnar hækkar verulega, það er að segja „hitauppstreymi úr böndunum“, sem leiðir að lokum til þess að rafhlaðan brennur og jafnvel sprenging á sér stað alvarlega. Almennt er orsök hitauppstreymis úr stjórn litíumjónarafhlöðunnar mikilvæg í varmaóstöðugleika raflausnarinnar, sem og varmaóstöðugleika raflausnar og jákvæða og neikvæða rafskautssamveru. Sem stendur, frá stórum þætti, er öryggi litíumjónarafhlöðu mikilvægt frá ytri stjórnun og innri hönnun til að stjórna innra hitastigi, spennu og loftþrýstingi til að ná öryggistilgangi.

2 Leysið varmastjórnunarstefnu 2. Ytri stjórnun 1) PTC (jákvæð hitastuðull) hluti: Settu PTC íhlutinn í litíumjónarafhlöðu, sem tekur tillit til þrýstings og hitastigs inni í rafhlöðunni, og þegar rafhlaðan er hituð með ofhleðslu er rafhlaðan 10 Viðnámið eykst til að takmarka strauminn og spennan á milli jákvæðu og neikvæðu pólanna minnkar í örugga spennu til að ná sjálfvirkri verndaraðgerð rafhlöðunnar. 2) Sprengjuþolinn loki: Þegar rafhlaðan er of stór vegna óeðlilegrar, er sprengiþolinn loki vansköpuð, sem verður settur inni í rafhlöðunni sem á að tengja, hætta að hlaða.

3) Rafeindatækni: 2 ~ 4 rafhlöðupakkar geta útskýrt litíumjónavörn rafrásarhönnunarinnar, komið í veg fyrir ofhleðslu og ofhleðslu, komið í veg fyrir öryggisslys, lengt endingu rafhlöðunnar. Auðvitað hafa þessar ytri eftirlitsaðferðir ákveðin áhrif, en þessi viðbótartæki hafa aukið flókið og framleiðslukostnað rafhlöðunnar og geta ekki leyst vandamálið um öryggi rafhlöðunnar að fullu. Þess vegna er nauðsynlegt að koma á innri öryggisvörn.

2.2 Að bæta raflausn salta raflausn sem litíumjónarafhlöðu, eðli raflausnarinnar ákvarðar beint frammistöðu rafhlöðunnar, afkastagetu rafhlöðunnar, rekstrarhitasvið, frammistöðu hringrásar og öryggisafköst eru mikilvæg. Sem stendur eru rafgreiningarkerfi litíumjónarafhlöðu í atvinnuskyni, mest notaða samsetningin er LIPF6, vinylkarbónat og línulegt karbónat.

Framhliðin er ómissandi innihaldsefni og notkun þeirra hefur einnig nokkrar takmarkanir hvað varðar afköst rafhlöðunnar. Á sama tíma er mikið magn af lágt sjóðandi, lágt blossamark karbónatleysis notað í raflausnina, sem mun vera við lægra hitastig. Flash, það er mikil öryggishætta.

Þess vegna reyna margir vísindamenn að bæta saltakerfið til að bæta öryggisafköst raflausna. Í því tilviki þar sem aðalefni rafhlöðunnar (þar á meðal rafskautsefnið, þindarefnið, raflausnarefnið) breytist ekki á stuttum tíma, er stöðugleiki raflausnarinnar mikilvæg leið til að auka öryggi litíumjónarafhlöðu. 2.

2.1 Hagnýt aukefnisvirkni aukefni hafa minni skammta, markvissa eiginleika. Það er, það getur verulega bætt ákveðna stórsæja frammistöðu rafhlöðunnar án þess að breyta framleiðsluferlinu án þess að breyta eða að verulegu leyti engan nýja rafhlöðukostnað.

Þess vegna hafa virkniaukefni orðið heitur reitur í litíumjónarafhlöðu nútímans, sem er ein vænlegasta leiðin sem er nú vænlegasta sjúkdómsvaldandi lausn litíumjónarafhlöðunnar. Grunnnotkun aukefnisins er að koma í veg fyrir að hitastig rafhlöðunnar sé of hátt og rafhlaðan er takmörkuð við stjórnsviðið. Þess vegna er hönnun aukefnisins einnig skoðuð frá sjónarhóli hitastigs og hleðslugetu.

Logavarnarefni: Einnig má skipta logavarnarefninu í lífræn fosfór logavarnarefni, köfnunarefnisinnihaldandi logavarnarefni, logavarnarefni sem byggir á sílikon og samsett logavarnarefni. 5 mikilvægir flokkar. Lífrænt fosfórfrumueldavarnarefni: Mikilvægt innihalda nokkur alkýlfosfat, alkýlfosfít, flúorfosfat og fosfatnítrílsambönd.

Logavarnarbúnaðurinn er mikilvægur fyrir keðjuverkun logavarnarsameinda sem trufla vetni sindurefna, einnig þekktur sem sindurefnafangabúnaður. Niðurbrot aukefnisgasunar losar sindurefna sem innihalda fosfór, getu sindurefna til að binda enda á keðjuverkun. Fosfat logavarnarefni: Mikilvægt fosfat, tríetýlfosfat (TEP), tríbútýlfosfat (TBP), osfrv.

Fosfatnítríl efnasamband eins og hexametýlfosfasen (HMPN), alkýlfosfít eins og trímetýlfosfít (TMPI), þrí-(2,2,2-tríflúoretýl), fosfít (TT-FP), flúorsýruester, svo sem þrí-(2,2,2-tríflúoretýl) fosfós (TFP), dí-(2,2,2-tríflúoretýl)-metýlfosfat (BMP), (2,2,2-tríflúoretýl) - díetýlfosfat (TDP), fenýlfosfat (DPOF), osfrv. er gott logavarnarefni. Fosfatið hefur venjulega tiltölulega mikla seigju, lélegan rafefnafræðilegan stöðugleika og viðbót logavarnarefnisins hefur einnig neikvæð áhrif á jónaleiðni raflausnarinnar og afturkræfni raflausnarinnar í hringrásinni á meðan það eykur brotþol raflausnarinnar.

Það er almennt: 1 kolefnisinnihald nýrra alkýlhópa; 2 arómatískur (fenýl) hóphluti setinn alkýlhópur; 3 mynda hringlaga uppbyggingu fosfat. Lífrænt halógenað efni (halógen leysir): Lífrænt halógen logavarnarefni er mikilvægt fyrir flensuflensu. Eftir að H hefur verið skipt út fyrir F hafa eðlisfræðilegir eiginleikar þess breyst, svo sem lækkun á bræðslumarki, lækkun á seigju, aukningu á efna- og rafefnafræðilegum stöðugleika o.s.frv.

Lífræna halógen logavarnarefnið er mikilvægt að innihalda flúorsýklísk karbónöt, flúorkeðjukarbónöt og alkýl-perflúoródekan eter, osfrv. OHMI og önnur flúoretýleter til samanburðar, flúor sem innihalda flúoríð efnasambönd sýndu að viðbótin á 33,3% (rúmmálshlutfall) 0.

67 mól / lliclo4 / Ec + DEC + PC (rúmmálshlutfall 1: 1: 1) raflausn hefur hærra blossamark, minnkunargetan er hærri en lífræna leysirinn EC, DEC og PC, sem getur hratt myndað SEI filmu á yfirborði náttúrulegs grafíts, bætt fyrstu hleðslu og losun Cullen skilvirkni og losunargetu. Flúoríðið sjálft hefur ekki notkun á sindurefnafangavirkni logavarnarefnisins sem lýst er hér að ofan, aðeins til að þynna mjög rokgjörn og eldfim samleysiefni, þannig að aðeins rúmmálshlutfallið í raflausninni er að mestu leyti (70%) Þegar raflausnin er ekki eldfim. Samsett logavarnarefni: Samsett logavarnarefnið sem nú er notað í raflausninni hefur PF efnasamband og NP-flokks efnasamband, dæmigerð efni hafa mikilvægt hexametýlfosfóríð (HMPA), flúorfosfat osfrv.

Logavarnarefni hefur logavarnarefni með samverkandi notkun tveggja logavarnarefnisþátta. FEI o.fl. Leggur til tvö NP logavarnarefni MEEP og MEE, og sameindaformúla þess er sýnd á mynd 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, raflausnin getur dregið úr eldfimi um 90% og leiðni getur náð 2,5 × 10-3S / cm. 2) Ofhlaðinn aukefni: Röð viðbragða eiga sér stað þegar litíumjónarafhlaðan er ofhlaðin.

Raflausnþátturinn (mikilvægur er leysirinn) sem hefur áhrif á yfirborð oxandi niðurbrotsviðbragða á yfirborði jákvæða rafskautsins, gasið myndast og hitamagnið losnar, sem leiðir til hækkunar á innri þrýstingi rafhlöðunnar og hitastigshækkunar og öryggi rafhlöðunnar hefur alvarleg áhrif. Frá tilgangsbúnaðinum er aukaefni til að vernda yfirsnúninginn mikilvægt fyrir oxunarafleiðingaraflgerðina og tvær tegundir af raffjölliðunargerð. Frá tegund aukefnis er hægt að skipta því í litíumhalíð, metallocene efnasamband.

Eins og er, er yfirkalað viðbótar viðbótaradaprasa (BP) og sýklóhexýlbensen (CHB) á redox and-overchard aukefnum meginreglan þegar hleðsluspennan fer yfir eðlilega stöðvunarspennu, aukefnið byrjar við jákvæða rafskautið. Oxunarviðbrögðin, oxunarafurðin dreifist að neikvæðu rafskautinu og afoxunarviðbrögðin eiga sér stað. Oxun er lokuð á milli jákvæða og neikvæða póla, gleypa umfram hleðslu.

Dæmigert efni þess eru með ferrósen og afleiðu þess, ferrid 2,2-pýridín og flókið af 1,10-aðliggjandi glenoline, thiol afleiðu. Fjölliðunarblokk gegn fylltu aukefni. Fulltrúarefni eru sýklóhexýlbensen, bífenýl og önnur efni.

Þegar bífenýlið er notað sem forhlaðinn aukefni, þegar spennan nær 4,5 til 4,7V, er viðbætt bífenýl rafefnafræðilega fjölliðað, myndar lag af leiðandi filmu á yfirborði jákvæðu rafskautsins, eykur innra viðnám rafhlöðunnar og takmarkar þar með hleðslustraumvarnarrafhlöðuna.

2.2.2 Ion fljótandi jón fljótandi raflausn er algjörlega samsett úr yin og katjón.

Þar sem innri jónir eða katjónísk rúmmál eru veik, er milliefnið veikt, rafeindadreifingin er ójöfn og ó-censoon getur verið frjálst að hreyfa sig við stofuhita, sem er fljótandi. Það má skipta í imidazól, pýrasól, pýridín, fjórðungs ammóníumsalt osfrv. Í samanburði við venjulegt lífrænt leysi litíum jón rafhlöður, hafa jónandi vökvar 5 kosti: 1 hár hitastöðugleiki, 200 ° C getur ekki brotnað niður; 2 gufuþrýstingur er næstum 0, þarft ekki að hafa áhyggjur af rafhlöðunni; 3 jónandi vökvi er ekki auðvelt að brenna Engin ætandi; 4 hefur mikla rafleiðni; 5 efna- eða rafefnafræðilegur stöðugleiki er góður.

AN eða þess háttar myndar PP13TFSI og 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) í raflausn, sem getur náð algjörlega ekki eldsneytisáhrifum, og bætir við 2 wt% liboB aukefni í þetta kerfi til að bæta viðmótssamhæfi verulega. Eina vandamálið sem þarf að leysa er leiðni jónarinnar í raflausnakerfinu. 2.

2.3 Val á hitastöðugleika litíumsaltshexaflúorfosfats (LiPF6) er mikið notað raflausn litíumsalt í litíumjónarafhlöðu. Þó að einstakt eðli þess sé ekki ákjósanlegt er heildarframmistaða þess hagstæðast.

Hins vegar hefur LiPF6 líka sína ókosti, til dæmis er LiPF6 efnafræðilega og varmafræðilega óstöðugt, og hvarfið á sér stað: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), efnahvarfið sem myndast PF5 er auðvelt að ráðast á lífræna leysið í súrefnisatóm Einmana við rafeindir, sem leiðir til opinna lykkjuhvarfsins við fjölliðun leysiefna og háan etertengi þetta er sérstaklega alvarleg etertengi. Núverandi rannsóknir á háhita salta söltum eru einbeitt í lífrænum litíumsaltsviðum. Fulltrúarefni eru mikilvæg með bór-undirstaða sölt, ímín-undirstaða litíumsölt.

LIB (C2O4) 2 (liboB) er nýgert salta salt á undanförnum árum. Það hefur marga framúrskarandi eiginleika, niðurbrotshitastig 302 ° C, getur myndað stöðuga SEI filmu í neikvæðu rafskauti. Bættu frammistöðu grafíts í tölvu sem byggir á rafgreiningarlausninni, en seigja þess er mikil, viðnám SEI filmunnar sem myndast [14].

Niðurbrotshitastig LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) er 360 ° C og jónaleiðni við venjulegt hitastig er aðeins lægri en LiPF6. Rafefnafræðilegur stöðugleiki er góður og oxunargetan er um 5,0V, sem er lífrænasta litíumsaltið, en það er alvarleg tæring á Al-basasettvökva.

2.2.4 Fjölliða raflausn Margar litíumjónarafhlöður nota eldfim og rokgjörn karbónatleysi ef líklegt er að leki valdi eldi.

Þetta er sérstaklega öflug litíumjónarafhlaða með mikilli afkastagetu, mikilli orkuþéttleika. Í stað þess að nota óprúttna fjölliða salta í stað eldfimra lífrænna fljótandi raflausna getur það bætt öryggi litíumjónarafhlöðu verulega. Rannsóknir á fjölliða salta, sérstaklega gel-gerð fjölliða salta hafa náð miklum framförum.

Sem stendur hefur það verið notað með góðum árangri í litíumjónarafhlöðum í atvinnuskyni. Samkvæmt flokkun fjölliða líkama er gel fjölliða raflausnin mikilvæg með eftirfarandi þremur flokkum: PAN-undirstaða fjölliða raflausn, PMMA fjölliða raflausn, PVDF-undirstaða fjölliða raflausn. Hins vegar er hlaup fjölliða raflausnin í raun afleiðing af málamiðlun á þurru fjölliða salta og fljótandi raflausn, og gel-gerð fjölliða rafhlöður hafa enn mikið að gera.

2.3 Jákvæða efnið getur ákvarðað að jákvæða rafskautsefnið sé óstöðugt þegar hleðsluástandsspennan er yfir 4V og það er auðvelt að mynda hita sem er leystur upp við háan hita til að brjóta niður súrefni, súrefni og lífræn leysi halda áfram að bregðast við miklu magni af hita og öðrum lofttegundum, draga úr öryggi rafhlöðunnar [2, 17-19]. Þess vegna er viðbrögð jákvæða rafskautsins og raflausnarinnar talin vera mikilvæg orsök hita.

Varðandi venjulegt efni, bæta algenga öryggisaðferðina er lagbreyting. Fyrir yfirborðshúð jákvæða rafskautsefnisins með MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, osfrv., Getur dregið úr viðbrögðum Die +-aftan jákvætt og raflausn á meðan að draga úr litskiljun jákvæða rafskautsins, hindra fasabreytingu jákvæða rafskautsefnisins.

Bættu byggingarstöðugleika þess, minnkaðu röskunþol katjóna í grindunum og dregur þannig úr aukaviðbrögðum blóðrásarferlisins. 2.4 Kolefnisefni notar nú lítið sérstakt yfirborð, hærra hleðslu- og losunarvettvang, lítinn hleðslu- og losunarvettvang, tiltölulega hár hitastöðugleika, tiltölulega gott hitauppstreymi, tiltölulega hár hitastöðugleiki, tiltölulega hár hitastöðugleiki, tiltölulega hár hitastöðugleiki.

Svo sem eins og millifasa kolefnis örkúlur (MCMB), eða Li9Ti5o12 með spinel uppbyggingu, sem er betri en byggingarstöðugleiki lagskipts grafíts [20]. Aðferðin við að bæta frammistöðu kolefnisefnis er mikilvæg fyrir yfirborðsmeðferð (yfirborðsoxun, yfirborðshalógenun, kolefnisklæðningu, málmhúðun, málmoxíð, fjölliðahúð) eða innleiðingu á málmi eða ómálmi lyfjameðferð. 2.

5 Þindið sem nú er notað í litíumjónarafhlöðum í atvinnuskyni er enn pólýólefínefni og mikilvægir ókostir þess eru heitt og rafgreiningarvökvi er lélegt. Til að vinna bug á þessum göllum hafa vísindamenn reynt margar leiðir, svo sem að leita að hitastöðugleikaefnum, eða bæta við litlu magni af Al2O3 eða SiO2 nanopowdia, sem hefur ekki aðeins sameiginlega þind, heldur hefur einnig hitastöðugleika jákvæða rafskautsefnisins. nota.

MIAO et al, pólýímíð nano nonwoven tilbúningur unnin með rafstöðueiginleika spunaaðferð. DR og TGA-lík einkenni sýna að það getur ekki aðeins viðhaldið varmastöðugleika við 500 ° C, heldur hefur það einnig betri saltaíferð miðað við CELGARD þindið. WANG et al útbjuggu AL2O3-PVDF nanósópískar örgjúpa himnu, sem sýnir góða rafefnafræðilega eiginleika og hitastöðugleika, sem fullnægir notkun litíumjónar rafhlöðuskilja.

3 Samantekt og hlakka til litíumjónarafhlöður fyrir rafbíla og orkugeymslu, sem er miklu stærri en lítill rafeindabúnaður, og notkunarumhverfið er flóknara. Í stuttu máli getum við séð að öryggi þess er langt frá því að leysast og er orðið núverandi tæknilegi flöskuhálsinn. Síðari vinna ætti að vera ítarleg að hitauppstreymi sem rafhlaðan getur haft í för með sér eftir óeðlilega notkun og finna árangursríka leið til að bæta öryggisafköst litíumjónarafhlöðunnar.

Sem stendur er notkun leysiefna sem innihalda flúor og logavarnarefni mikilvæg leið til að þróa litíumjónarafhlöðu af öryggisgerð. Hvernig á að halda jafnvægi á rafefnafræðilegri frammistöðu og háhitaöryggi verður framtíðarrannsóknaráhersla. Til dæmis er hágæða samsett logavarnarefni samþætt samþætt sett P, N, F og CL þróað og lífræn leysir með hátt suðumark, hátt blossamark er þróað og rafgreiningarlausn með mikla öryggisafköst er framleidd.

Samsett logavarnarefni, aukefni með tvívirkni munu einnig verða þróunarþróun í framtíðinni. Varðandi rafskautsefnið fyrir litíumjón rafhlöðu, eru efnafræðilegir eiginleikar yfirborðs efnisins mismunandi, hversu næmi rafskautsefnisins er á hleðslu- og losunargetu er ósamræmi og það er ómögulegt að nota eitt eða takmarkað nokkur rafskaut / raflausn / aukefni við alla uppbyggingu rafhlöðunnar. Þess vegna ættum við í framtíðinni að einbeita okkur að því að þróa mismunandi rafhlöðukerfi fyrir tiltekin rafskautsefni.

Á sama tíma er það einnig að þróa fjölliða litíum-jón rafhlöðukerfi með miklu öryggi eða þróun ólífrænna föstu raflausna sem hefur einn katjón leiðandi og hraðan jónaflutning og mikinn hitastöðugleika. Að auki er að bæta jónandi vökvaafköst, þróa einföld og ódýr gervikerfi einnig mikilvægur hluti af framtíðarrannsóknum.