Эмне үчүн батареянын ысыгы көзөмөлдөнбөйт? Кыска туташуунун себеби ушулбу?

Author: Iflowpower - Портативдик электр станциясын камсыздоочу

Энергиядан жогору кубаттуу литий батарейкасы бүгүнкү күндө аккумулятор тармагынын сүйүктүүсү, бирок энергия канчалык көп болсо, коопсуздук дагы башкача. Батареянын бузулуу механизми да абдан татаал. Батареянын жылуулукту башкаруу механизмин изилдеп жатканда, адамдар мурда катоддор, аноддор, диафрагмалар жана электролиттер сыяктуу бир батареянын модулуна жылуулук реакциясын талдай алышкан.

Мисалы, диафрагманын кичирейиши же толук эмес жабылышы токтун тыгыздыгын жогорулатат, натыйжада жергиликтүү ашыкча ысып кетет, ал тургай, жылуулук батареянын көзөмөлүнөн чыгып кетет. Ошондуктан, жогорку жылуулук турукташтыруучу диафрагманы даярдоо батареянын коопсуздугун жогорулатуунун жолдорунун бири болуп саналат. Бирок, маселе, батареянын коопсуздук маселесин чечүү үчүн жогорку ысытма стабилдештирүү диафрагма кандай болот? Бүгүнкү күндө абдан талап кылынган толук катуу электролит (катуу керамика жана полимердик электролит салттуу диафрагманы жана электролитти алмаштырат), ал батареянын коопсуздугун толугу менен азайта алабы? Жакында, Qinghua University Ouyang Ming Te командасы күч литий батареянын коопсуздук дизайн бир материалдын коопсуздугун жогорулатуу үчүн гана эмес, деп белгиледи, бирок система денгээлде баштоо керек.

Автор батарейканын деңгээлинин жана материалдык деңгээлинин факторлорун эске алып, литийдин кубаттуулугунун жылуулукту башкаруу механизми изилденген. Изилдөө анод катары графитке негизделген, бир кристалл катмары Li0,5Mn0.

3CO0.2O2 (NMC532) диафрагма катары PET / керамикалык токулбаган кездемеден жасалган 25aH типтеги кубаттуу литий батареясы. Авторлор катод газын, структуралык (фазалык) трансформацияны жана анод жокто, активдүү абал болгондо жылуулукту генерациялоону талдап, катодду талдап чыгышат.

Эгерде катоддун O2 чыгаруусу анод менен реакцияга кирсе, бул коопсуздуктун олуттуу проблемасы болот деп сунушталууда! Дизайн коопсуздук механизминин экспериментинин эки бөлүгү аркылуу автор адегенде бүт батарейканы, андан кийин батареянын ар кандай компоненттерин Arc сыноосун жүргүзөт. Алардын ичинен EV-ARC тести батарейканын бүтүндөй жылуулукту башкаруудан тышкаркы процессин жазат жана батареянын жылуулук жоготуу температурасы мембрананын жылуулуктун кичирейүү температурасынан да төмөн экени аныкталды, бул батареянын өтүүнүн бузулушунан улам пайда болбогонун көрсөтөт. Чоң аймак кыска туташуусу.

Бул ички кыска туташуу учурунда жылуулук көзөмөлсүз биринчи отчет болуп саналат. конкреттүү жылуулук өткөрүүчү механизмдерин изилдөө үчүн, команда батареянын ар кандай компоненттеринин жылуулук агымын (катод, анод, электролит, жана алардын айкалышы) талдоо үчүн DSC технологиясын колдонот; ысытуу жана термикалык ажыроо учурунда катодду аныктоо үчүн онлайн жогорку температурадагы XRD технологиясын колдонуңуз, Андан ары автор синхрондук термикалык анализ технологиясын (DSC-TG) жана масс-спектрометрияны (MS), жылуулукту, салмакты жоготууну жана газ чыгаруу процессин аныктайт. Корутундуну андан ары тастыктоо үчүн, автор суюк азотту 206 ¡ã C ичинде тез тоңдурат, кийинки сыноолордун сериясы, анын ичинде SEM, ICP-OES жана XPS тесттери, анын ичинде SEM, ICP-OES жана XPS тесттери.

Сүрөт 1 Кубаттуу литий батареясынын негизги касиеттери: a. Айлануу аткаруу жана Курун натыйжалуулугун; б. Ультра ылдамдыктын иштеши Кубаттуу литий батарейкасы циклдин жакшы иштешин жана чоңойтуу көрсөткүчүн көрсөтөт.

Биринчи жумадагы разряд кубаттуулугу 25.04ah, 292 жумадан кийин дагы 24.08ah жана кубаттуулукту кармап туруу чен 96% га чейин жетет.

Ал тургай 4C, дагы эле 21,5ah кубаттуулугу бар. 2-сүрөт EV + ARC аркылуу кубаттуу литий батарейканын көзөмөлүнөн чыккан жылуулукту өлчөө.

Кичинекей сүрөт - автопилоттук фаза (0-105s) авторлору EV + ARC литий батарейкасынын көзөмөлүнөн чыккан жылуулукту көзөмөлдөө үчүн колдонушат. T1 - өзүн-өзү ысытуунун баштапкы температурасы, T2 - контролдон тышкаркы термикалык температура (TR), T3 - эң жогорку температура. T1 - 115.

2 ¡ã C. Температураны жогорулатуунун бул процессинде аспаптын так жазуусу (Т1→T2) химиялык терс реакция. Биринчиден, аноддун SEI пленкасы ажыроо жаңы SEI пленка түзүү үчүн электролит дуушар анод анод себеп, жылуулук да жылуулук болуп саналат; SEI дайыма кайталанып, анод бетинин карбонат компоненти Rising жоголуп жана органикалык эмес компоненттеринин натыйжасында; каптал реакция пайда болуп, температура жылуулук жоготуу температурасы TR (T2 = 231 ¡ã C) чейин көтөрүлөт.

Бул учурда, батареянын температурасынын индекси өсүп, экзотермикалык реакция өтө күчтүү. Батарейка менен көп сандагы түтүн чыгарат; Мындан тышкары, батарейканын көлөмүнүн кеңейиши абдан ачык көрүнүп турат, бул процесстин экзотермикалык терс реакциясы газдан келип чыккандыгын далилдейт. T2 жеткенден кийин, батарейканын температурасы бир нече секунданын ичинде болуп, эң жогорку T3 маанисине жетүү үчүн 815 ¡ã C чейин тез көтөрүлөт.

Сүрөт 325AHSC-NMC532 / графиттин термикалык башкаруудан тышкаркы мүнөздөмөсү А. Жылуулук жоготуу ылдамдыгы, температуранын көтөрүлүшү, батареянын чыңалуусу жана ички каршылык жана абсолюттук температуранын ортосундагы байланыш; Б. Жылуулук жоготуудан мурун, ички каршылык абсолюттук температуранын өзгөрүшүнө байланыштуу (сүрөттүн бир бөлүгү) Термикалык контролдон чыкканда, батареянын чыңалуусу абсолюттук температура менен өзгөрүп, батареянын ички реакциясын кеңири изилдөөгө өтөт.

Авторлор сыноодон өткөндө чыңалуунун жана ички каршылыктын реалдуу убакыттагы өзгөрүүлөрү жазылат. Сүрөт 3A, температуранын көтөрүлүү ылдамдыгынын бурулуш чекити 160 ¡ã C, T1 (115,2 ¡ã C) кийин пайда болгондон кийин, бул SEIнин көп жолу пайда болушуна жана LiPF6 ыдырап кетишине байланыштуу, бул процесс жылуулук жана газды өндүрүүнү тездетет.

Чыңалуунун өзгөрүшү контролдон чыккан жылуулуктун (T2 = 231 ¡ã C) пайда болгонун көрсөтүп турат, чыңалуу 2.0V жогору сакталып турат, бул кыска туташуу жок экенин далилдейт. Батареянын ички каршылыгынын өзгөрүшү төрт фазага бөлүнөт: I этап ( <145 ¡ã C), the internal resistance is slow to 22.

1M. Азыраак көз карандылык; II этап (145175 ¡ã C), ички каршылык 22,1м→143.

3м. Батарея баштыгы 145 ¡ã С сынган, электролиттик чабуулду тездетип, ички каршылыктын жогорулашына алып келет; катоддук импеданстын өсүшү да батареянын ички каршылыгын жогорулатат; аноддун бетинин SEi бузулушу жаңы көбөйүп жаткан органикалык эмес компоненттерди пайда кылат, ион өткөргүчтүгүн азайтат, ошондой эле батареянын ички каршылыгын жогорулатат; III этап (180231 ¡ã C), ички каршылык 143,3м→56.

5м. жылуулук жоготууга чейин, ички каршылык кыскартуу өткөөл металлдын эриши жана литий тузунун ажыроо менен шартталган, кийинчерээк тастыкталат; IV этап (> 231 ¡ã C), ички каршылык 56,5 м→1011.

2м. Жылуулук жоготуудан кийин, батарейка күйөт, чыңалуу бир нече секунданын ичинде тез төмөндөйт жана ички каршылык 1011,2 мге чейин тез көтөрүлөт.

Бул учурда, диафрагма ыдырап, батарея толугу менен иштен чыккан. 4-сүрөт PET-керамикалык токулган эмес мөөр структурасы жана жылуулук туруктуулугу: PET-керамикалык токулбаган кездемелер термикалык туруктуулук сынагынан кийин (бөлмө температурасы 450 ¡ã C), SEM сканерлөө, бөлмө температурасы жана 450 μ C морфология жана элементтерди картага түшүрүү Бөлмө температурасында 500 μС кийин, DSC жылуулук агымы жана температуранын жоголушу диафрагм жоголду. ¡ã C / мин; PET-керамикалык токулбаган кездеме диафрагмасы, Al2O3 чоңойтулган SEM сүрөтүнүн иллюстрациясы; кесилишинин көрүнүшү, Al2O3 бөлүкчөлөрү Кадимки PP, PE диафрагмасына оролгон PET токулган эмес кездеме булалары эң сонун жылуулук туруктуулугун көрсөттү. 4А-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, 230°C температурада 30 мүнөттө өтө аз гана жылуулуктун кичирейүүсү болот (1.

2%). 4B-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ПЭТ 257 ¡ã С температурада жылуулук өткөрүмдүүлүк менен, ал эми 432 ¡ã C салмакта деградация менен эрийт. 4C-сүрөттөгү SEM токулган эмес ПЭТ нанобулалары керамикалык бөлүкчөлөрдүн эки тараптуу каптоосу эмес, керамикалык бөлүкчөлөргө камтылганын көрсөтүп турат.

Сүрөт 4C бөлүм SEM диафрагма 19 экенин көрсөтүп турат.5μM 5-сүрөт Заряддык абалдагы батареянын ар бир компонентинин жылуулук өткөрүүчү шарттарын DSC аркылуу текшериңиз: a. Электролиттик эритме болгондо заряд электрод (Це); б.

Электролиттин катышуусунда заряд электрод. анод; CA катоду; ELE электролит; CE заряддагыч электрод 5a-сүрөт катод менен анод катоддун жылуулук генерациясынан жана аноддун чогуу жашоосунан алда канча аз экенин көрсөтүп турат; Сүрөт 5B электролит бар же жок экенин көрсөтүп турат Эч кандай олуттуу таасири жок. Демек, электролит бар-жокпу, катод менен анодду аралаштырса, жылуулук көп болот.

Автор катод анодунун ортосунда өз ара колдонуу бар, ал химиялык реакция болушу мүмкүн деп божомолдойт. 6-сүрөт Заряддын катоддук материалынын структуралык өзгөрүшү, жылуулуктун пайда болушу жана O2 чыгышы: a. Жогорку температура XRDB.

Ар кандай температураларда, DSC жана TGA-MS системасынын жеринде жылуулук жана релиз жогорку температурада өлчөнөт, Дитидий NMC Туруктуу эмес, структуралык трансформация O2 чыгаруу менен коштолот. Автор термикалык башкаруудан чыгуунун себеби O2 менен аноддун ортосундагы өз ара колдонуунун чыгышы деп болжолдойт. 6А-сүрөт NMC 532 катмарлуу структуранын шпинель структурасына өтүүсүн 350 ¡ã C чейин 350 ¡ã C чейин өзгөртө баштаганын көрсөтөт.

Сүрөт 6B жылуулук DSC ийри изилдөө MS ийри жана O2 чыгаруу структуралык вариация менен шайкеш экенин көрсөтүп турат, жана олуттуу фазалык кайра дегенди билдирет 276 ¡ã С чокусу бар. 7-сүрөт заряддоо абалынын катоду менен аноддун ортосунда, химиялык реакция деңгээлинин ортосундагы интерференция: өзүнчө заряд катоду, күчтүү кычкылтек чыгаруунун чокусу; бирок, заряддын абалынын катоду жана аноду бар болгондо, негизинен дозасы жок Бирок, ошол эле температуралык интервалда жылуулуктун өндүрүшү бир топ чоң, ал эми заряддоочу абал химиялык реакциянын өз ара интерференция схемасынын негизинде жогорку температурада чыгарылат жана аз гана өлчөмдө жылуулук бөлүнүп чыгат; анод болгондо, O2 жылуулук башкаруудан чыгып калат. Ошондуктан, механикалык литий батарейка системасынын коопсуздугу үчүн, жылуулук башкаруу системасы жылуулук башкаруудан чыкканга чейин кийлигишүүсү керек, антпесе, суюк азот эң күчтүү жылуулук таркатуучу функцияга ээ болсо да, батареянын күйүшүнө жол бербөө кыйын.

8-сүрөт Жылуулук жоготуу пайда болгон учурда суюк азоттун мүнөздөмөсү суюк азот менен тоңдурулуп, суюк азоттун өзгөрүү ийри сызыгы, аккумулятордун температурасы жана чыңалуу 206 ¡ã С кошулат, ал эми сүрөттөлүштө суюк азот муздатылгандан кийин батареянын алдыңкы бети (I) жана каптал бети (II) Сүрөт; Z-түрү ламинация түзүмү жана 206 ¡ã С суюк азотто муздагандан кийин батарейка, ички катоддо, аноддо жана диафрагмада фото суюк азот, 206 ¡ã C батарейкасында -100 ¡ã C чейин тез төмөндөйт, бирок алдын ала батарея каптын каптал жагы Bracked (сүрөт 8A). Figure 8B чириген батарея модулу, эч кандай көзгө көрүнгөн тешик же зыян бетинин бетин көрсөтөт, ал чыңалуу туруктуулугун сактап жана натыйжалуу кыска туташуулардын алдын алуу көрсөтүп турат; катоддун бети жана тиешелүү диафрагма кара тилке болуп саналат, ал Ni, CO, MN өтүүчү металлдардын катмары Жок.