Progressi nella ricerca sulla perdita termica della batteria al litio in carica

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Riepilogo: Riepilogo degli ultimi progressi e delle prospettive di sviluppo per la ricerca sulle batterie agli ioni di litio ad alta sicurezza. Importante a partire dalla stabilità ad alta temperatura di elettroliti ed elettrodi, le cause dell&39;instabilità termica delle batterie agli ioni di litio e i loro meccanismi hanno chiarito che l&39;attuale sistema di batterie agli ioni di litio commerciali è inadeguato alle alte temperature, propone di sviluppare elettroliti ad alta temperatura, modifiche positive e negative e gestione esterna della batteria, ecc. per progettare batterie agli ioni di litio ad alta sicurezza.

Prospettive sullo sviluppo delle prospettive tecniche per lo sviluppo di batterie di sicurezza agli ioni di litio. 0 Introduzione Le batterie agli ioni di litio sono diventate il tipico rappresentante di un nuovo tipo di energia grazie al loro basso costo, alle elevate prestazioni, all&39;elevata potenza e all&39;ambiente ecologico, ampiamente utilizzate nei prodotti digitali 3C, nell&39;alimentazione mobile e negli utensili elettrici. Negli ultimi anni, a causa dell&39;intensificazione dell&39;inquinamento ambientale e delle linee guida politiche nazionali, il mercato dei veicoli elettrici ha visto aumentare la domanda di batterie agli ioni di litio; nel processo di sviluppo di sistemi di batterie agli ioni di litio ad alta potenza, le problematiche relative alla sicurezza delle batterie hanno attirato grande attenzione. I problemi esistenti devono essere ulteriormente risolti con urgenza.

La variazione di temperatura del sistema della batteria è determinata dall&39;emissione di calore e da due fattori distribuiti. L&39;importante produzione di calore nelle batterie agli ioni di litio è causata dalla reazione tra la decomposizione termica e il materiale della batteria. Riduce il calore del sistema della batteria e migliora le prestazioni del sistema contro le alte temperature, rendendo il sistema della batteria sicuro.

E piccole apparecchiature portatili come telefoni cellulari, la capacità della batteria del computer portatile è generalmente inferiore a 2AH e la capacità della batteria agli ioni di litio di tipo di alimentazione utilizzata nei veicoli elettrici è generalmente superiore a 10ah e la temperatura locale è spesso superiore a 55 ° C durante il normale funzionamento e la temperatura interna raggiungerà i 300 ° C, in condizioni di alta temperatura o di carica e scarica ad alta velocità, l&39;aumento del calore e della temperatura del solvente organico infiammabile causerà una serie di reazioni collaterali, portando infine a fuori controllo termico e combustione o esplosione della batteria [3]. Oltre ai fattori di risposta chimica propri, in alcune persone il cortocircuito è causato dal surriscaldamento, dal sorpasso e dall&39;impatto meccanico; anche alcuni fattori artificiali possono portare una batteria agli ioni di litio a causare incidenti di sicurezza. Per questo motivo è importante studiare e migliorare le prestazioni ad alta temperatura delle batterie agli ioni di litio.

1 L&39;analisi delle cause della fuori controllo termico della batteria agli ioni di litio è importante perché la temperatura interna della batteria aumenta. Attualmente, il sistema elettrolitico più ampiamente utilizzato nelle batterie agli ioni di litio commerciali è una soluzione di carbonato misto di LiPF6. Questo solvente ha un&39;elevata volatilità, un basso punto di infiammabilità ed è molto facile da bruciare.

In caso di cortocircuito interno causato da collisione o deformazione, elevata velocità di carica e scarica e sorpasso, si svilupperà molto calore, con conseguente aumento della temperatura della batteria. Una volta raggiunta una certa temperatura, una serie di reazioni di decomposizione distruggeranno l&39;equilibrio termico della batteria. Quando il calore rilasciato da queste reazioni chimiche non può essere eliminato in tempo, la progressione della reazione sarà accelerata e si innescherà una serie di reazioni collaterali autoriscaldanti.

La temperatura della batteria aumenta bruscamente, ovvero si verifica una "sovratemperatura fuori controllo", che alla fine può portare alla combustione della batteria, fino a provocare addirittura un&39;esplosione grave. In generale, la causa principale della perdita di controllo termico della batteria agli ioni di litio è l&39;instabilità termica dell&39;elettrolita, nonché l&39;instabilità termica dell&39;elettrolita e della coesistenza degli elettrodi positivo e negativo. Attualmente, da un punto di vista generale, la sicurezza delle batterie agli ioni di litio è importante per quanto riguarda la gestione esterna e la progettazione interna, per controllare la temperatura interna, la tensione e la pressione dell&39;aria e raggiungere così obiettivi di sicurezza.

2 Risolvere la strategia di fuori controllo termico 2. Gestione esterna 1) Componente PTC (coefficiente di temperatura positivo): installare il componente PTC in una batteria agli ioni di litio, che tiene conto della pressione e della temperatura all&39;interno della batteria e, quando la batteria si riscalda a causa di un sovraccarico, la batteria è 10. La resistenza aumenta per limitare la corrente e la tensione tra i poli positivo e negativo viene ridotta a una tensione sicura per realizzare la funzione di protezione automatica della batteria. 2) Valvola antideflagrante: quando la batteria è troppo grande a causa di un&39;anomalia, la valvola antideflagrante si deforma e viene posizionata all&39;interno della batteria per essere collegata, interrompendo la carica.

3) Elettronica: 2 ~ 4 pacchi batteria possono integrare la protezione agli ioni di litio nel circuito elettronico, prevenire sovraccarichi e scariche eccessive, prevenire incidenti di sicurezza e prolungare la durata della batteria. Naturalmente, questi metodi di controllo esterni hanno un certo effetto, ma questi dispositivi aggiuntivi hanno aumentato la complessità e i costi di produzione della batteria e non possono risolvere completamente il problema della sicurezza della batteria. Pertanto è necessario stabilire un meccanismo di protezione di sicurezza intrinseca.

2.2 Migliorando l&39;elettrolita dell&39;elettrolita come una batteria agli ioni di litio, la natura dell&39;elettrolita determina direttamente le prestazioni della batteria, la capacità della batteria, l&39;intervallo di temperatura di esercizio, le prestazioni del ciclo e le prestazioni di sicurezza sono importanti. Attualmente, nei sistemi di soluzioni elettrolitiche per batterie agli ioni di litio commerciali, la composizione più ampiamente utilizzata è LIPF6, carbonato di vinile e carbonato lineare.

La parte anteriore è un ingrediente indispensabile e il suo utilizzo presenta anche alcune limitazioni in termini di prestazioni della batteria. Allo stesso tempo, nell&39;elettrolita viene utilizzata una grande quantità di solvente carbonatico a basso punto di ebollizione e basso punto di infiammabilità, che sarà a temperature più basse. Flash, c&39;è un grosso pericolo per la sicurezza.

Per questo motivo, molti ricercatori cercano di migliorare il sistema elettrolitico per aumentare le prestazioni di sicurezza degli elettroliti. Nel caso in cui il materiale del corpo principale della batteria (compreso il materiale dell&39;elettrodo, il materiale del diaframma, il materiale dell&39;elettrolita) non cambi in un breve lasso di tempo, la stabilità dell&39;elettrolita è un modo importante per migliorare la sicurezza delle batterie agli ioni di litio. 2.

2.1 Additivo funzionale Gli additivi funzionali hanno un dosaggio inferiore e una caratteristica mirata. Vale a dire che può migliorare significativamente alcune prestazioni macroscopiche della batteria senza modificare il processo di produzione, senza cambiare o sostanzialmente senza costi di nuova batteria.

Per questo motivo, gli additivi funzionali sono diventati un punto caldo nelle attuali batterie agli ioni di litio, rappresentando uno dei percorsi più promettenti e rappresentando attualmente la soluzione patogena più promettente per l&39;elettrolita delle batterie agli ioni di litio. L&39;uso di base dell&39;additivo è quello di impedire che la temperatura della batteria sia troppo elevata e di limitare la tensione della batteria all&39;intervallo di controllo. Pertanto, la progettazione dell&39;additivo viene considerata anche dal punto di vista della temperatura e del potenziale di carica.

Additivo ritardante di fiamma: l&39;additivo ritardante di fiamma può anche essere suddiviso in additivi ritardanti di fiamma al fosforo organico, additivo ritardante di fiamma composto contenente azoto, additivo ritardante di fiamma a base di silicio e additivo ritardante di fiamma composito. 5 categorie importanti. Cellule fosforescenti organiche - ritardanti di fiamma: tra i più importanti rientrano alcuni composti di fosfato alchilico, fosfito alchilico, fosfato fluorurato e nitrile fosfatico.

Il meccanismo ignifugo è importante per la reazione a catena delle molecole ignifughe che interferiscono con i radicali liberi dell&39;idrogeno, noto anche come meccanismo di cattura dei radicali liberi. La decomposizione mediante gassificazione additiva rilascia radicali liberi contenenti fosforo, la capacità dei radicali liberi di interrompere una reazione a catena. Ritardante di fiamma al fosfato: fosfato importante, trietilfosfato (TEP), tributilfosfato (TBP), ecc.

Composto di nitrile fosfatico come esametilfosfazene (HMPN), fosfito alchilico come trimetilfosfito (TMPI), tre-(2,2,2-trifluoroetile), fosfito (TT-FP), estere acido fluorurato, come tre-(2,2,2-trifluoroetile) fosfato (TFP), di-(2,2,2-trifluoroetile)-metilfosfato (BMP), (2,2,2-trifluoroetile)-dietilfosfato (TDP), fenilfosfato (DPOF), ecc. è un buon additivo ignifugo. Il fosfato ha in genere una viscosità relativamente elevata, una scarsa stabilità elettrochimica e l&39;aggiunta del ritardante di fiamma ha anche un effetto negativo sulla conduttività ionica dell&39;elettrolita e sulla reversibilità della circolazione dell&39;elettrolita, aumentando al contempo la rifrazione dell&39;elettrolita.

In genere è: 1 contenuto di carbonio di nuovi gruppi alchilici; 2 gruppo alchilico sostituito con una frazione del gruppo aromatico (fenile); 3 forma un fosfato con struttura ciclica. Materiale organico alogenato (solvente alogenato): il ritardante di fiamma organico alogenico è importante per l&39;influenza, l&39;influenza, l&39;influenza. Dopo che H viene sostituito da F, le sue proprietà fisiche cambiano, come la diminuzione del punto di fusione, la diminuzione della viscosità, il miglioramento della stabilità chimica ed elettrochimica, ecc.

È importante che i ritardanti di fiamma alogenici organici comprendano carbonati fluorociclici, carbonati a catena fluorurata ed etere alchilperfluorodecano, ecc. L&39;OHMI e altri fluororetil eteri comparativi, composti di fluoro contenenti fluoro hanno mostrato che l&39;aggiunta del 33,3% (frazione in volume) 0.

L&39;elettrolita 67 mol/lliclo4/Ec + DEC + PC (rapporto in volume 1:1:1) ha un punto di infiammabilità più elevato, il potenziale di riduzione è più alto del solvente organico EC, DEC e PC, che può formare rapidamente una pellicola SEI sulla superficie della grafite naturale, migliorare la prima carica e scarica dell&39;efficienza di Cullen e la capacità di scarica. Il fluoruro in sé non ha la stessa funzione di cattura dei radicali liberi del ritardante di fiamma descritto sopra, ma solo quella di diluire i cosolventi altamente volatili e infiammabili, quindi solo il rapporto in volume nell&39;elettrolita è per lo più (70%) quando l&39;elettrolita non è infiammabile. Ritardante di fiamma composito: il ritardante di fiamma composito attualmente utilizzato nell&39;elettrolita contiene un composto PF e un composto di classe NP; le sostanze rappresentative contengono un importante esametilfosforo (HMPA), fluorofosfato, ecc.

Il ritardante di fiamma esercita un effetto ritardante di fiamma mediante l&39;uso sinergico di due elementi ritardanti di fiamma. FEI e altri Propone due ritardanti di fiamma NP MEEP e MEE, e la sua formula molecolare è mostrata nella Figura 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, l&39;elettrolita può ridurre l&39;infiammabilità del 90% e la conduttività può raggiungere 2,5 × 10-3S / cm. 2) Additivo sovraccarico: quando la batteria agli ioni di litio viene sovraccaricata, si verificano una serie di reazioni.

Il componente elettrolitico (importante è il solvente) che riveste la superficie delle reazioni di decomposizione ossidativa sulla superficie dell&39;elettrodo positivo, genera gas e rilascia una certa quantità di calore, con conseguente aumento della pressione interna della batteria e della temperatura, compromettendo seriamente la sicurezza della batteria. Dal punto di vista del meccanismo di scopo, l&39;additivo di protezione Overchaul è importante per il tipo di potenza di strippaggio ossidativo e per due tipi di polimerizzazione elettrica. In base al tipo di additivo, può essere suddiviso in alogenuro di litio e composto metallocenico.

Attualmente, un&39;ulteriore additivazione aggiuntiva sovraccarica (BP) e cicloesilbenzene (CHB) sugli additivi anti-overlock redox sono il principio quando la tensione di carica supera la normale tensione di interruzione, l&39;additivo inizia all&39;elettrodo positivo. Nella reazione di ossidazione, il prodotto di ossidazione si diffonde all&39;elettrodo negativo e si verifica la reazione di riduzione. L&39;ossidazione è chiusa tra i poli positivo e negativo, assorbendo la carica in eccesso.

Le sue sostanze rappresentative hanno un ferrocene e il suo derivato, la ferride 2,2-piridina e un complesso di glenolina 1,10-adiacente, derivato tiolico. Additivo anti-riempimento a blocchi di polimerizzazione. Tra le sostanze rappresentative vi sono il cicloesilbenzene, il bifenile e altre sostanze.

Quando il bifenile viene utilizzato come additivo precaricato, quando la tensione raggiunge 4,5-4,7 V, il bifenile aggiunto viene polimerizzato elettrochimicamente, formando uno strato di pellicola conduttiva sulla superficie dell&39;elettrodo positivo, aumentando la resistenza interna della batteria e limitando così la corrente di carica della batteria.

2.2.2 L&39;elettrolita liquido ionico è composto completamente da yin e cationi.

Poiché gli ioni interni o i volumi cationici sono deboli, l&39;intermedio è debole, la distribuzione degli elettroni non è uniforme e l&39;ossigeno può muoversi liberamente a temperatura ambiente, che è liquida. Può essere suddiviso in imidazolo, pirazolo, piridina, sale di ammonio quaternario, ecc. Rispetto al comune solvente organico delle batterie agli ioni di litio, i liquidi ionici presentano 5 vantaggi: 1 elevata stabilità termica, a 200 °C non si decompongono; 2 la pressione del vapore è quasi 0, non devi preoccuparti della batteria; 3 il liquido ionico non è facile da bruciare, non è corrosivo; 4 ha un&39;elevata conduttività elettrica; 5 la stabilità chimica o elettrochimica è buona.

AN o simili formano PP13TFSI e 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) in un elettrolita, che può raggiungere effetti completamente non-carburante, e aggiungere il 2% in peso di additivo liboB in questo sistema per migliorare significativamente la compatibilità dell&39;interfaccia. L&39;unico problema che deve essere risolto è la conduttività dello ione nel sistema elettrolitico. 2.

2.3 Selezione della stabilità termica dell&39;esafluorofosfato di sale di litio (LiPF6) è un elettrolita ampiamente utilizzato nelle batterie agli ioni di litio di uso comune. Sebbene la sua natura singola non sia ottimale, le sue prestazioni complessive sono le più vantaggiose.

Tuttavia, LiPF6 ha anche i suoi svantaggi, ad esempio, LiPF6 è chimicamente e termodinamicamente instabile e la reazione avviene: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), la reazione generata PF5 è facile da attaccare il solvente organico nell&39;atomo di ossigeno solitario agli elettroni, con conseguente polimerizzazione a circuito aperto e legami eterei del solvente, questa reazione è particolarmente grave ad alte temperature. La ricerca attuale sui sali elettrolitici ad alta temperatura si concentra nei giacimenti di sali di litio organici. Le sostanze rappresentative sono importanti con sali a base di boro e sali di litio a base di immina.

LIB (C2O4) 2 (liboB) è un sale elettrolitico sintetizzato di recente. Presenta numerose proprietà eccellenti, temperature di decomposizione pari a 302 °C e può formare una pellicola SEI stabile in un elettrodo negativo. Migliora le prestazioni della grafite nella soluzione elettrolitica basata su PC, ma la sua viscosità è grande, l&39;impedenza del film SEI formato [14].

La temperatura di decomposizione di LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) è di 360 °C e la conduttività ionica a temperatura normale è leggermente inferiore a quella di LiPF6. La stabilità elettrochimica è buona e il potenziale di ossidazione è di circa 5,0 V, che è il sale di litio più organico, ma determina una grave corrosione del fluido a base di Al.

2.2.4 Elettrolita polimerico Molte batterie agli ioni di litio di uso comune utilizzano solventi carbonatici infiammabili e volatili, se esiste il rischio che una perdita possa causare un incendio.

Si tratta in particolare della potente batteria agli ioni di litio ad alta capacità e alta densità energetica. Invece di utilizzare elettroliti polimerici senza scrupoli al posto di elettroliti liquidi organici infiammabili, è possibile migliorare significativamente la sicurezza delle batterie agli ioni di litio. La ricerca sugli elettroliti polimerici, in particolare sugli elettroliti polimerici di tipo gel, ha fatto grandi progressi.

Attualmente è stato utilizzato con successo nelle batterie commerciali agli ioni di litio. Secondo la classificazione del corpo polimerico, l&39;elettrolita polimerico in gel è importante nelle seguenti tre categorie: elettrolita polimerico a base di PAN, elettrolita polimerico a base di PMMA, elettrolita polimerico a base di PVDF. Tuttavia, l&39;elettrolita polimerico di tipo gel è in realtà il risultato di un compromesso tra un elettrolita polimerico secco e un elettrolita liquido, e le batterie ai polimeri di tipo gel hanno ancora molto lavoro da fare.

2.3 Il materiale positivo può determinare che il materiale dell&39;elettrodo positivo è instabile quando la tensione dello stato di carica è superiore a 4 V ed è facile generare un calore disciolto ad alte temperature per decomporre l&39;ossigeno, l&39;ossigeno e i solventi organici continuano a reagire con una grande quantità di calore e altri gas, riducendo la sicurezza della batteria [2, 17-19]. Pertanto, la reazione tra l&39;elettrodo positivo e l&39;elettrolita è considerata una causa importante del calore.

Per quanto riguarda il materiale normale, il metodo comune per migliorarne la sicurezza è la modifica del rivestimento. Il rivestimento superficiale del materiale dell&39;elettrodo positivo con MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, ecc. può ridurre la reazione del Die +-posteriore positivo e dell&39;elettrolita, riducendo al contempo la cromatografia dell&39;elettrodo positivo, inibendo il cambiamento di fase della sostanza dell&39;elettrodo positivo.

Migliora la stabilità strutturale, riduce la resistenza al disordine dei cationi nel reticolo, riducendo così la reazione secondaria del processo di circolazione. 2.4 Il materiale al carbonio attualmente utilizza una bassa area superficiale specifica, una piattaforma di carica e scarica più elevata, una piccola piattaforma di carica e scarica, una stabilità termica relativamente elevata, uno stato termico relativamente buono, una termostabilità relativamente elevata, una termostabilità relativamente elevata, una termostabilità relativamente elevata.

Come le microsfere di carbonio in fase intermedia (MCMB) o Li9Ti5o12 con struttura a spinello, che è migliore della stabilità strutturale della grafite laminata [20]. L&39;attuale metodo di miglioramento delle prestazioni del materiale in carbonio è importante per il trattamento superficiale (ossidazione superficiale, alogenazione superficiale, rivestimento in carbonio, rivestimento in metallo, ossido metallico, rivestimento polimerico) o per l&39;introduzione di drogaggio metallico o non metallico. 2.

5 Il diaframma attualmente utilizzato nelle batterie agli ioni di litio commerciali è ancora un materiale poliolefinico e i suoi svantaggi principali sono il calore e la scarsa infiltrazione del fluido elettrolitico. Per superare questi difetti, i ricercatori hanno provato diversi metodi, come ad esempio la ricerca di materiali con stabilità termica o l&39;aggiunta di una piccola quantità di nanopolveri di Al2O3 o SiO2, che non solo hanno un diaframma comune, ma hanno anche una stabilità termica del materiale dell&39;elettrodo positivo. utilizzo.

MIAO et al, fabbricazione di nano-non tessuti in poliimmide preparati mediante metodo di filatura elettrostatica. I metodi di caratterizzazione DR e TGA dimostrano che non solo è possibile mantenere la stabilità termica a 500 °C, ma anche che l&39;infiltrazione dell&39;elettrolita è migliore rispetto al diaframma CELGARD. WANG et al hanno preparato una membrana microporosa nanoscopica AL2O3-PVDF, che presenta buone proprietà elettrochimiche e stabilità termica, soddisfacendo l&39;uso dei separatori per batterie agli ioni di litio.

3 Riepilogo e anticipazione delle batterie agli ioni di litio per veicoli elettrici e sistemi di accumulo di energia, che sono molto più grandi delle piccole apparecchiature elettroniche e l&39;ambiente di utilizzo è più complicato. In sintesi, possiamo vedere che la questione della sicurezza è ben lungi dall&39;essere risolta, e rappresenta anzi l&39;attuale collo di bottiglia tecnico. Successivamente, si dovrà studiare approfonditamente l&39;effetto termico che la batteria potrebbe avere in seguito a un funzionamento anomalo e trovare un modo efficace per migliorare le prestazioni di sicurezza della batteria agli ioni di litio.

Attualmente, l&39;uso di solventi contenenti fluoro e di additivi ritardanti di fiamma rappresenta una direzione importante per lo sviluppo di una batteria agli ioni di litio di sicurezza. La ricerca futura si concentrerà su come bilanciare le prestazioni elettrochimiche e la sicurezza alle alte temperature. Ad esempio, viene sviluppato un set integrale integrato di ritardanti di fiamma compositi ad alte prestazioni P, N, F e CL, viene sviluppato un solvente organico con un punto di ebollizione elevato, un punto di infiammabilità elevato e viene prodotta una soluzione elettrolitica con elevate prestazioni di sicurezza.

Anche i ritardanti di fiamma compositi e gli additivi a doppia funzione diventeranno tendenze di sviluppo future. Per quanto riguarda il materiale degli elettrodi delle batterie agli ioni di litio, le proprietà chimiche superficiali del materiale sono diverse, il grado di sensibilità del materiale dell&39;elettrodo al potenziale di carica e scarica è incoerente ed è impossibile utilizzare uno o più elettrodi/elettroliti/additivi per tutte le progettazioni strutturali delle batterie. Pertanto, in futuro dovremmo concentrarci sullo sviluppo di diversi sistemi di batterie per specifici materiali degli elettrodi.

Allo stesso tempo, sta anche sviluppando un sistema di batterie agli ioni di litio polimeriche con elevata sicurezza o lo sviluppo di un elettrolita solido inorganico con conduzione monocationica, trasporto rapido degli ioni ed elevata termostabilità. Inoltre, migliorare le prestazioni dei liquidi ionici e sviluppare sistemi sintetici semplici ed economici è un aspetto importante della ricerca futura.