Maju ing riset babagan mundhut termal saka ngisi baterei lithium

Awdur: Iflowpower - Leverantör av bärbar kraftverk

Abstrak: Ringkesan kemajuan paling anyar lan prospek pangembangan kanggo riset baterei lithium-ion keamanan dhuwur. Penting saka stabilitas suhu dhuwur saka elektrolit lan elektroda, nimbulaké kahanan kang ora tetep termal saka baterei lithium ion lan mekanisme sing wis njlentrehake sing ana komersial sistem baterei lithium-ion ora nyukupi ing suhu dhuwur, ngusulake kanggo berkembang elektrolit suhu dhuwur, modifikasi positif lan negatif lan Manajemen baterei njaba, etc. kanggo ngrancang baterei lithium-ion keamanan dhuwur.

Outlook babagan pangembangan prospek teknis pangembangan baterei lithium-ion safety. 0 Pambuka Baterei Lithium ion dadi wakil khas saka jinis energi anyar amarga biaya sing murah, kinerja dhuwur, daya dhuwur, lan lingkungan ijo, akeh digunakake ing produk digital 3C, daya seluler lan piranti listrik. Ing taun-taun pungkasan, amarga intensifikasi polusi lingkungan lan panuntun dhumateng kabijakan nasional, pasar kendharaan listrik berbasis kendaraan listrik nambah permintaan kanggo baterei lithium-ion, ing proses ngembangake sistem baterei lithium-ion kanthi daya dhuwur, masalah keamanan baterei wis narik kawigatosan ekstensif , Masalah sing ana saiki kudu ditindakake kanthi cepet.

Owah-owahan suhu saka sistem baterei ditemtokake dening emergence saka panas lan mbagekke loro faktor. Kedadeyan panas baterei lithium ion penting disebabake reaksi antara dekomposisi termal lan materi baterei. Ngurangi panas sistem baterei lan nambah sistem kinerja suhu anti-dhuwur, sistem baterei aman.

Lan peralatan hotspot cilik kayata ponsel, kapasitas baterei laptop umume kurang saka 2AH, lan daya-jinis kapasitas baterei lithium-ion digunakake ing kendaraan listrik iku umume luwih saka 10ah, lan suhu lokal asring luwih saka 55 ° C sak operasi normal, lan suhu internal bakal tekan 300 ° C, Ing suhu dhuwur utawa tingkat gedhe daya lan discharge kahanan, munggah ing seri saka panas lan flammability saka reaksi kimia, asil saka panas lan flammability. lan pembakaran utawa bledosan baterei [3]. Saliyane faktor respon kimia dhewe, sawetara wong duwe sirkuit cendhak sing disebabake overheating, overtaking, lan impact mekanik, sawetara faktor buatan uga bisa nyebabake kedadeyan baterei lithium-ion sing nyebabake kacilakan safety. Mulane, penting kanggo sinau lan nambah kinerja suhu dhuwur saka baterei lithium-ion.

1 termal metu-saka-kontrol sabab analisis saka termal metu saka kontrol baterei lithium-ion penting amarga suhu internal baterei mundhak. Saiki, sistem elektrolit sing paling akeh digunakake ing baterei lithium-ion komersial yaiku solusi karbonat campuran LiPF6. Pelarut kasebut nduweni volatilitas dhuwur, titik lampu kilat sing kurang, gampang banget diobong.

Nalika sirkuit cendhak internal disebabake tabrakan utawa deformed, daya tingkat gedhe lan discharge lan nyusul, bakal ana akeh panas, asil ing mundhakaken suhu baterei. Nalika tekan suhu tartamtu, sawetara reaksi dekomposisi bakal nyebabake keseimbangan termal baterei bakal rusak. Nalika panas dirilis dening reaksi kimia iki ora bisa evakuasi ing wektu, iku bakal exacerbate kemajuan reaksi, lan micu seri reaksi sisih poto-panas.

Suhu baterei mundhak banget, yaiku, "termal metu saka kontrol", pungkasane mimpin kanggo kobong baterei, lan malah jeblugan ana serius. Umumé, panyebab termal metu saka kontrol baterei lithium-ion penting ing kahanan kang ora tetep termal saka elektrolit, uga kahanan kang ora tetep termal saka elektrolit lan coexistence elektroda positif lan negatif. Saiki, saka aspek gedhe, safety baterei lithium-ion penting saka manajemen eksternal lan desain internal kanggo ngontrol suhu internal, voltase, lan tekanan udara kanggo nggayuh tujuan safety.

2 Ngatasi strategi termal metu saka kontrol 2. Manajemen njaba 1) PTC (koefisien suhu positif) komponen: Instal komponen PTC ing baterei lithium ion, kang nganggep meksa lan suhu nang baterei, lan nalika baterei wis warmed dening overcharge, baterei punika 10 Resistance mundhak kanggo matesi saiki, lan voltase antarane kutub positif lan negatif wis suda kanggo voltase aman kanggo éling fungsi pangayoman otomatis baterei. 2) Katup bledosan-bukti: Nalika baterei gedhe banget amarga ora normal, tutup bledosan-bukti deformed, kang bakal diselehake nang baterei kanggo disambungake, mungkasi daya.

3) Electronics: 2 ~ 4 ngemas baterei bisa embelfine desain sirkuit elektronik lithium ion protector, nyegah overcharge lan over-discharge, nyegah kacilakan safety, ngluwihi umur baterei. Mesthi, cara kontrol eksternal iki duwe efek tartamtu, nanging piranti tambahan kasebut nambahake kerumitan lan biaya produksi baterei, lan ora bisa ngrampungake masalah keamanan baterei. Mulane, perlu kanggo netepake mekanisme perlindungan safety intrinsik.

2.2 Ngapikake elektrolit elektrolit elektrolit minangka baterei lithium ion, sifat elektrolit langsung nemtokake kinerja baterei, kapasitas baterei, sawetara suhu operasi, kinerja siklus lan kinerja safety penting. Saiki, sistem solusi elektrolitik baterei lithium-ion komersial, komposisi sing paling akeh digunakake yaiku LIPF6, vinyl carbonate lan linear carbonate.

Ing ngarep minangka bahan sing penting, lan panggunaane uga duwe sawetara watesan babagan kinerja baterei. Ing wektu sing padha, akeh pelarut karbonat sing nggodhok, titik nyala sing sithik digunakake ing elektrolit, sing bakal ana ing suhu sing luwih murah. Lampu kilat, ana bebaya safety gedhe.

Mulane, akeh peneliti nyoba nambah sistem elektrolit kanggo nambah kinerja safety saka elektrolit. Ing kasus nalika materi awak utama baterei (kalebu materi elektroda, materi diafragma, materi elektrolit) ora owah ing wektu sing cendhak, stabilitas elektrolit minangka cara penting kanggo ningkatake keamanan baterei lithium ion. 2.

2.1 Fungsi aditif aditif fungsi duwe dosis kurang, fitur diangkah. Sing, iku bisa Ngartekno nambah kinerja macroscopic tartamtu saka baterei tanpa ngganti proses produksi tanpa ngganti utawa mesti ora biaya baterei anyar.

Mulane, aditif fungsi wis dadi titik panas ing baterei lithium-ion saiki, kang minangka salah siji saka jalur paling janjeni sing saiki solusi pathogenic paling njanjeni elektrolit baterei lithium-ion. Panggunaan dhasar saka aditif kanggo nyegah suhu baterei dadi dhuwur banget lan voltase baterei diwatesi ing sawetara kontrol. Mulane, desain aditif uga dianggep saka sudut pandang suhu lan potensial ngisi daya.

Aditif flame retardant: Aditif flame retardant uga bisa dipérang dadi aditif flame retardant fosfor organik, aditif flame retardant senyawa nitrogen-containing, aditif flame retardant adhedhasar silikon, lan aditif retardant flame komposit. 5 kategori penting. Organik phosphorescell-flame retardant: Penting kalebu sawetara alkil fosfat, alkil fosfat, fosfat fluorinated, lan senyawa nitril fosfat.

Mekanisme tahan api penting kanggo reaksi berantai molekul tahan api sing ngganggu radikal bebas hidrogen, uga dikenal minangka mekanisme panangkepan radikal bebas. Dekomposisi gasifikasi aditif ngeculake radikal bebas sing ngandhut fosfor, kemampuan saka radikal bebas kanggo mungkasi reaksi berantai. Fosfat flame retardant: Fosfat penting, trietil fosfat (TEP), tributil fosfat (TBP), lsp.

Senyawa nitril fosfat kayata heksametil fosfazena (HMPN), alkil fosfat kayata trimetil fosfat (TMPI), telu - (2,2,2-trifluoroethyl), fosfit (TT-FP), ester asam fluorinasi, kayata telu-(2,2,2-trifluoroethyl) fosfat (TFP,2-MP, 2-MP), (2,2,2-trifluoroethyl) - dietil fosfat (TDP), fenilfosfat (DPOF), lsp. minangka aditif tahan api sing apik. Fosfat biasane duwe viskositas sing relatif gedhe, stabilitas elektrokimia sing kurang, lan tambahan tahan api uga duweni efek negatif marang konduktivitas ion elektrolit lan reversibility sirkulasi elektrolit nalika nambah refractiveness elektrolit.

Umumé: 1 isi karbon saka gugus alkil anyar; 2 gugus aromatik (fenil) gugus alkil sing diganti; 3 mbentuk fosfat struktur siklik. Bahan halogenasi organik (pelarut halogen): tahan api halogenik organik penting kanggo flu flu flu. Sawise H diganti karo F, sifat fisike wis owah, kayata nyuda titik leleh, nyuda viskositas, nambah stabilitas kimia lan elektrokimia, lsp.

Retardan api halogenik organik penting kalebu karbonat fluorosiklik, karbonat rantai fluoro lan eter alkil-perfluorodekana, lsp. OHMI lan komparatif fluororetyl eter liyane, senyawa fluoride sing ngemot fluoride nuduhake yen tambahan 33,3% (fraksi volume) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (rasio volume 1: 1: 1) elektrolit nduweni titik lampu kilat sing luwih dhuwur, potensial pangurangan luwih dhuwur tinimbang pelarut organik EC, DEC lan PC, sing bisa kanthi cepet mbentuk film SEI ing permukaan grafit alam, nambah pangisian daya pisanan lan discharge saka efisiensi Cullen lan kapasitas discharge. Fluoride dhewe ora nggunakake fungsi panangkepan radikal bebas saka retardant semangat sing diterangake ing ndhuwur, mung kanggo ngencerake pelarut sing molah malih lan gampang kobong, mula mung rasio volume ing elektrolit biasane (70%) Nalika elektrolit ora gampang kobong. Retardan api komposit: Retardan api komposit sing saiki digunakake ing elektrolit nduweni senyawa PF lan senyawa kelas NP, zat perwakilan duwe hexamethylphosphoride (HMPA), fluorophosphate, lsp.

Flame retardant nduwe efek flame retardant kanthi nggunakake sinergis saka rong unsur flame retardant. FEI et al. Ngusulake rong NP flame retardants MEEP lan MEE, lan rumus molekule ditampilake ing Gambar 1.

Licf3SO3 / MeEP:PC = 25:75, elektrolit bisa nyuda flammability 90%, lan konduktivitas bisa tekan 2,5 × 10-3S / cm. 2) Overcharged aditif: A seri reaksi dumadi nalika baterei lithium-ion wis overcharged.

Komponen elektrolit (penting yaiku pelarut) nglebokake permukaan reaksi dekomposisi oksidatif ing permukaan elektroda positif, gas kasebut diasilake lan jumlah panas dibebasake, nyebabake paningkatan tekanan internal baterei lan kenaikan suhu, lan safety baterei kena pengaruh serius. Saka mekanisme tujuan, aditif proteksi overchaul penting kanggo jinis daya oksidatif lan rong jinis polimerisasi listrik. Saka jinis aditif, bisa dipérang dadi litium halida, senyawa metalosen.

Saiki, ana tambahan overchaled tambahan tambahan adaprase (BP) lan cyclohexylbenzene (CHB) ing aditif anti-overchard redoks prinsip nalika voltase daya ngluwihi voltase cutoff normal, aditif wiwit ing elektroda positif. Reaksi oksidasi, produk oksidasi nyebar menyang elektroda negatif, lan reaksi reduksi dumadi. Oksidasi ditutup antarane kutub positif lan negatif, nyerep daya keluwihan.

Zat perwakilan kasebut duwe ferrocene lan turunan, ferrid 2,2-pyridine lan kompleks glenoline 1,10-jejer, turunan thiol. Aditif anti-kapenuhan polimerisasi. Zat perwakilan kalebu cyclohexylbenzene, biphenyl lan zat liyane.

Nalika biphenyl digunakake minangka aditif sing wis diisi, nalika voltase tekan 4.5 nganti 4.7V, biphenyl sing ditambahake dipolimerisasi sacara elektrokimia, mbentuk lapisan film konduktif ing permukaan elektroda positif, nambah resistensi internal baterei, saéngga mbatesi baterei proteksi saiki.

2.2.2 Cairan ion ion Cairan elektrolit wis rampung dumadi saka yin lan kation.

Amarga ion interi utawa volume kationik lemah, intermediate lemah, distribusi elektron ora rata, lan oan-censoon bisa bebas obah ing suhu kamar, yaiku cairan. Bisa dipérang dadi imidazole, pirazol, piridin, uyah amonium kuaterner, lsp. Dibandhingake karo pelarut organik biasa saka baterei lithium ion, cairan ion duwe 5 kaluwihan: 1 stabilitas termal dhuwur, 200 ° C ora bisa decompose; 2 tekanan uap meh 0, ora perlu kuwatir babagan baterei; 3 Cairan ion ora gampang diobong Ora ana korosif; 4 nduweni konduktivitas listrik sing dhuwur; 5 stabilitas kimia utawa elektrokimia apik.

AN utawa kaya formulir PP13TFSI lan 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) menyang elektrolit, kang bisa entuk efek rampung non-bahan bakar, lan nambah 2 wt% liboB aditif ing sistem iki kanggo Ngartekno nambah kompatibilitas antarmuka. Masalah mung sing kudu ditanggulangi yaiku konduktivitas ion ing sistem elektrolit. 2.

2.3 Milih stabilitas termal uyah lithium hexafluorophosphate (LiPF6) minangka uyah lithium elektrolit sing akeh digunakake ing baterei lithium-ion komoditas. Senajan alam tunggal ora optimal, kinerja sakabèhé iku paling mupangati.

Nanging, LiPF6 uga nduweni kerugian, contone, LiPF6 kimia lan thermodynamically boten stabil, lan reaksi occurs: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), reaksi kui PF5 gampang kanggo nyerang pelarut organik ing atom oksigen Lonely kanggo elektron, asil ing polimerisasi daur ulang mbukak lan ikatan dhuwur ether utamané serius ing reaksi saka solvent. Riset saiki babagan uyah elektrolit suhu dhuwur dikonsentrasi ing lapangan uyah lithium organik. Zat perwakilan penting karo uyah adhedhasar boron, uyah lithium adhedhasar imine.

LIB (C2O4) 2 (liboB) minangka uyah elektrolit sing mentas disintesis ing taun-taun pungkasan. Wis akeh banget sifat, decomposing Suhu 302 ° C, bisa mbentuk film SEI stabil ing elektroda negatif. Ngapikake kinerja grafit ing solusi elektrolitik adhedhasar PC, nanging viskositas gedhe, impedansi film SEI dibentuk [14].

Suhu dekomposisi LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) yaiku 360 ° C, lan konduktivitas ion ing suhu normal rada luwih murah tinimbang LiPF6. Stabilitas elektrokimia apik, lan potensial oksidasi kira-kira 5.0V, yaiku uyah lithium paling organik, nanging karat serius saka cairan Al base set.

2.2.4 Elektrolit Polimer Akeh batre lithium ion komoditas nggunakake pelarut karbonat sing gampang kobong lan molah malih, yen bocor bisa nyebabake geni.

Iki utamané baterei lithium-ion kuat kapasitas dhuwur, Kapadhetan energi dhuwur. Tinimbang nggunakake elektrolit polimer sing ora sopan tinimbang elektrolit cair organik sing gampang kobong, bisa nambah safety baterei lithium-ion kanthi signifikan. Panliten babagan elektrolit polimer, utamane elektrolit polimer jinis gel wis nggawe kemajuan gedhe.

Saiki, wis kasil digunakake ing baterei lithium-ion komersial. Miturut klasifikasi awak polimer, elektrolit polimer gel penting karo telung kategori ing ngisor iki: elektrolit polimer basis PAN, elektrolit polimer PMMA, elektrolit polimer berbasis PVDF. Nanging, elektrolit polimer jinis gel iku sejatine minangka akibat saka kompromi elektrolit polimer garing lan kompromi elektrolit cair, lan baterei polimer jinis gel isih akeh sing kudu ditindakake.

2.3 Materi positif bisa nemtokake manawa materi elektroda positif ora stabil nalika voltase negara pangisian daya ing ndhuwur 4V, lan gampang kanggo ngasilake panas sing larut ing suhu dhuwur kanggo ngurai oksigen, oksigen lan pelarut organik terus nanggepi jumlah panas lan gas liyane, nyuda safety baterei [2, 17-19]. Mulane, reaksi elektroda positif lan elektrolit dianggep minangka panyebab panas sing penting.

Babagan materi normal, nambah cara umum kanggo safety yaiku modifikasi lapisan. Kanggo nutupi lumahing materi elektroda positif karo MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, lan sapiturute, bisa ngurangi reaksi Die +-mburi positif lan elektrolit nalika ngurangi kromatografi elektroda positif, nyandhet owah-owahan phase saka inti elektroda positif.

Ngapikake stabilitas struktural, nyuda resistensi kelainan kation ing kisi, saéngga nyuda reaksi sekunder saka proses sirkulasi. 2.4 Bahan karbon saiki nggunakake area lumahing tartamtu sing kurang, platform pangisian daya lan discharge sing luwih dhuwur, platform pangisi daya lan discharge cilik, stabilitas termal sing relatif dhuwur, negara termal sing relatif apik, thermostability sing relatif dhuwur, thermostability sing relatif dhuwur, thermostability sing relatif dhuwur.

Kayata microspheres karbon fase menengah (MCMB), utawa Li9Ti5o12 saka struktur spinel, sing luwih apik tinimbang stabilitas struktur grafit laminated [20]. Cara saiki ningkatake kinerja materi karbon penting kanggo perawatan permukaan (oksidasi permukaan, halogenasi permukaan, lapisan karbon, lapisan logam, oksida logam, lapisan polimer) utawa ngenalake doping logam utawa non-logam. 2.

5 Diafragma sing saiki digunakake ing baterei lithium-ion komersial isih minangka bahan poliolefin, lan kerugian penting yaiku panas lan infiltrasi cairan elektrolitik kurang. Kanggo ngatasi cacat kasebut, para peneliti wis nyoba akeh cara, kayata nggoleki bahan stabilitas termal, utawa nambahake nanopowdia Al2O3 utawa SiO2 cilik, sing ora mung nduweni diafragma umum, nanging uga nduweni stabilitas termal saka bahan elektroda positif. nggunakake.

MIAO et al, polyimide nano nonwoven fabrikasi disiapake dening cara electrostatic Spinning. Karakterisasi kaya DR lan TGA tegese nuduhake yen ora mung bisa njaga stabilitas termal ing 500 ° C, nanging uga duwe infiltrasi elektrolit sing luwih apik tinimbang diaphragm CELGARD. WANG et al nyiapake membran microporous nanoskopik AL2O3-PVDF, sing nuduhake sifat elektrokimia sing apik lan stabilitas termal, nyukupi panggunaan pemisah baterei lithium-ion.

3 Ringkesan lan ngarepake baterei lithium-ion kanggo kendaraan listrik lan panyimpenan energi, sing luwih gedhe tinimbang peralatan elektronik cilik, lan lingkungan panggunaan luwih rumit. Ing ringkesan, kita bisa ndeleng manawa keamanan kasebut ora bisa dirampungake, lan wis dadi bottleneck teknis saiki. Karya sakteruse kudu ing ambane kanggo efek termal sing baterei bisa kasil sawise operasi ora normal, lan golek cara efektif kanggo nambah kinerja safety baterei lithium ion.

Saiki, panggunaan pelarut sing ngemot fluorine lan aditif tahan api minangka arah penting kanggo ngembangake baterei lithium-ion jinis safety. Cara ngimbangi kinerja elektrokimia lan safety suhu dhuwur bakal dadi fokus riset ing mangsa ngarep. Contone, set integral integral P, N, F, lan CL komposit komposit tahan api sing dhuwur, lan pelarut organik sing duwe titik didih sing dhuwur, titik nyala sing dhuwur dikembangake, lan solusi elektrolitik kanthi kinerja safety sing dhuwur diprodhuksi.

Retardan api komposit, aditif fungsi ganda uga bakal dadi tren pangembangan ing mangsa ngarep. Babagan materi elektroda baterei lithium ion, sifat kimia permukaan materi beda-beda, tingkat sensitivitas materi elektroda ing daya lan potensial discharge ora konsisten, lan ora bisa nggunakake siji utawa winates sawetara elektroda / elektrolit / aditif kanggo kabeh desain struktural baterei. Mulane, ing mangsa ngarep, kita kudu fokus ing ngembangaken sistem baterei beda kanggo bahan elektroda tartamtu.

Ing wektu sing padha, uga ngembangake sistem baterei lithium-ion polimer kanthi keamanan dhuwur utawa pangembangan elektrolit padat anorganik sing nduweni transportasi ion konduktif lan cepet kation tunggal lan thermostability dhuwur. Kajaba iku, ningkatake kinerja cairan ion, ngembangake sistem sintetik sing prasaja lan murah uga minangka bagéyan penting saka riset ing mangsa ngarep.