Įkraunamo ličio akumuliatoriaus šiluminio nuostolio tyrimų pažanga

著者：Iflowpower – Dodavatel přenosných elektráren

Santrauka: naujausių aukšto saugumo ličio jonų baterijų tyrimų pasiekimų ir plėtros perspektyvų santrauka. Svarbios dėl elektrolitų ir elektrodų stabilumo aukštoje temperatūroje, ličio jonų baterijų ir jų mechanizmų šiluminio nestabilumo priežastys išaiškino, kad esama komercinė ličio jonų akumuliatorių sistema yra netinkama esant aukštai temperatūrai, siūloma kurti aukštos temperatūros elektrolitus, teigiamas ir neigiamas modifikacijas bei Išorinį akumuliatorių valdymą ir kt. sukurti didelio saugumo ličio jonų baterijas.

Saugių ličio jonų akumuliatorių kūrimo techninės perspektyvos perspektyvos. 0 Įvadas Ličio jonų baterijos tampa tipišku naujos energijos rūšies atstovu dėl mažos kainos, didelio našumo, didelės galios ir ekologiškos aplinkos, plačiai naudojamos 3C skaitmeniniuose gaminiuose, mobiliuosiuose maitinimo šaltiniuose ir elektriniuose įrankiuose. Pastaraisiais metais dėl sustiprėjusios aplinkos taršos ir nacionalinės politikos gairių elektromobilių elektrinių transporto priemonių rinka padidino ličio jonų akumuliatorių paklausą, kuriant didelės galios ličio jonų akumuliatorių sistemas, akumuliatorių saugos problemos sulaukė didelio dėmesio. Esamas problemas reikia skubiai toliau spręsti.

Akumuliatoriaus sistemos temperatūros pokytį lemia šilumos atsiradimas ir pasiskirstę du veiksniai. Ličio jonų akumuliatoriaus šilumos atsiradimas yra svarbus dėl terminio skilimo ir akumuliatoriaus medžiagos reakcijos. Sumažinkite akumuliatoriaus sistemos šilumą ir pagerinkite sistemos atsparumą aukštai temperatūrai, akumuliatoriaus sistema yra saugi.

Mažos nešiojamos įrangos, tokios kaip mobilieji telefonai, nešiojamojo kompiuterio baterijos talpa paprastai yra mažesnė nei 2AH, o elektrinėse transporto priemonėse naudojamų galios tipo ličio jonų akumuliatoriaus talpa paprastai yra didesnė nei 10h, o vietinė temperatūra įprastai veikiant dažnai yra aukštesnė nei 55 °C, o vidinė temperatūra pasieks 300 °C. Esant aukštai temperatūrai arba dideliam įkrovimo ir iškrovimo sąlygoms, galiausiai kils organinės reakcijos temperatūra, o šilumos ir liepsnos padidėjimas. valdymo ir akumuliatoriaus degimo ar sprogimo [3]. Be savo cheminės reakcijos faktorių, kai kurie žmonės turi trumpąjį jungimą, kurį sukelia perkaitimas, lenkimas ir mechaninis poveikis, kai kurie dirbtiniai veiksniai taip pat gali sukelti ličio jonų akumuliatoriaus atsiradimą ir sukelti saugos avarijas. Todėl svarbu ištirti ir pagerinti ličio jonų baterijų veikimą aukštoje temperatūroje.

1 šiluminė nekontroliuojama ličio jonų akumuliatoriaus nekontroliuojamų priežasčių analizė yra svarbi, nes pakyla vidinė akumuliatoriaus temperatūra. Šiuo metu komercinėse ličio jonų baterijose plačiausiai naudojama elektrolitų sistema yra mišrus LiPF6 karbonato tirpalas. Toks tirpiklis turi didelį lakumą, žemą pliūpsnio temperatūrą, labai lengvai užsidega.

Kai vidinis trumpasis jungimas atsiranda dėl susidūrimo arba deformuojasi, labai greitai įkraunamas ir iškraunamas bei aplenkiamas, bus daug šilumos, todėl pakyla akumuliatoriaus temperatūra. Pasiekus tam tikrą temperatūrą, dėl daugybės skilimo reakcijų akumuliatoriaus šiluminis balansas bus sunaikintas. Kai šių cheminių reakcijų metu išsiskirianti šiluma negali būti laiku pašalinta, tai paspartins reakcijos progresavimą ir sukels daugybę savaime įkaistančių šalutinių reakcijų.

Akumuliatoriaus temperatūra smarkiai pakyla, tai yra "šiluma nekontroliuojama", galiausiai sukelia akumuliatoriaus degimą ir netgi įvyksta rimtas sprogimas. Apskritai, ličio jonų akumuliatoriaus nekontroliuojamo terminio priežastis yra svarbi elektrolito šiluminiam nestabilumui, taip pat elektrolito terminiam nestabilumui ir teigiamų bei neigiamų elektrodų sambūviui. Šiuo metu ličio jonų baterijų saugumas yra svarbus iš išorės valdymo ir vidinio dizaino, siekiant kontroliuoti vidinę temperatūrą, įtampą ir oro slėgį, kad būtų pasiekti saugos tikslai.

2 Išspręskite terminio nekontroliavimo strategiją 2. Išorinis valdymas 1) PTC (teigiamas temperatūros koeficientas) komponentas: sumontuokite PTC komponentą į ličio jonų akumuliatorių, atsižvelgiant į slėgį ir temperatūrą akumuliatoriaus viduje, o kai akumuliatorius pašildomas dėl perkrovimo, akumuliatorius yra 10. Atsparumas padidėja, kad būtų apribota srovė, o įtampa tarp teigiamo ir neigiamo polių sumažinama iki saugios įtampos, kad būtų įgyvendinta automatinė akumuliatoriaus apsaugos funkcija. 2) Sprogimui atsparus vožtuvas: kai akumuliatorius yra per didelis dėl nenormalaus veikimo, deformuojamas sprogimui atsparus vožtuvas, kuris bus įdėtas į akumuliatoriaus vidų, kurį reikia prijungti, nustokite krauti.

3) Elektronika: 2–4 baterijų paketai gali pavaizduoti elektroninės grandinės konstrukcijos ličio jonų apsaugą, užkirsti kelią perkrovimui ir iškrovimui, išvengti nelaimingų atsitikimų, pailginti akumuliatoriaus veikimo laiką. Žinoma, šie išoriniai valdymo metodai turi tam tikrą poveikį, tačiau šie papildomi įrenginiai padidino akumuliatoriaus sudėtingumą ir gamybos sąnaudas, todėl jie negali visiškai išspręsti akumuliatoriaus saugos problemos. Todėl būtina sukurti vidinės saugos apsaugos mechanizmą.

2.2 Tobulinant elektrolito elektrolito elektrolitą kaip ličio jonų akumuliatorių, elektrolito pobūdis tiesiogiai lemia akumuliatoriaus našumą, akumuliatoriaus talpą, veikimo temperatūros diapazoną, ciklo veikimą ir saugos rodiklius. Šiuo metu komercinėse ličio jonų akumuliatorių elektrolitinių tirpalų sistemose plačiausiai naudojama kompozicija yra LIPF6, vinilo karbonatas ir linijinis karbonatas.

Priekinė dalis yra nepakeičiama sudedamoji dalis, o jų naudojimas taip pat turi tam tikrų apribojimų, susijusių su akumuliatoriaus veikimu. Tuo pačiu metu elektrolite naudojamas didelis kiekis žemos virimo temperatūros, žemos pliūpsnio temperatūros karbonato tirpiklio, kuris bus žemesnėje temperatūroje. Blykstė, kyla didelis pavojus saugumui.

Todėl daugelis mokslininkų bando patobulinti elektrolitų sistemą, kad pagerintų elektrolitų saugumą. Tuo atveju, kai pagrindinė akumuliatoriaus korpuso medžiaga (įskaitant elektrodo medžiagą, diafragmos medžiagą, elektrolito medžiagą) per trumpą laiką nepasikeičia, elektrolito stabilumas yra svarbus būdas padidinti ličio jonų akumuliatorių saugą. 2.

2.1 Funkcinių priedų funkciniai priedai turi mažesnę dozę, tikslinę funkciją. Tai reiškia, kad jis gali žymiai pagerinti tam tikrą makroskopinį akumuliatoriaus našumą, nekeičiant gamybos proceso, nekeičiant arba iš esmės nekeičiant naujos baterijos sąnaudų.

Todėl funkciniai priedai tapo karštąja šiandienos ličio jonų akumuliatoriaus tašku, o tai yra vienas perspektyviausių būdų, šiuo metu perspektyviausias patogeniškas ličio jonų akumuliatoriaus elektrolito sprendimas. Pagrindinis priedo naudojimas yra neleisti, kad akumuliatoriaus temperatūra būtų per aukšta, o akumuliatoriaus įtampa būtų apribota iki valdymo diapazono. Todėl priedo konstrukcija taip pat vertinama atsižvelgiant į temperatūrą ir įkrovimo potencialą.

Ugnį slopinantis priedas: Antipireną taip pat galima suskirstyti į organinius fosforo antipirenus priedus, azoto turintį junginį antipireną, silicio pagrindu pagamintą antipireną ir sudėtinį antipireną. 5 svarbios kategorijos. Organinis fosforo elementų antipirenas: svarbu įtraukti kai kuriuos alkilfosfatus, alkilfosfitus, fluorintus fosfatus ir fosfato nitrilo junginius.

Antipireno mechanizmas yra svarbus grandininei antipirenų molekulių, trukdančių vandenilio laisviesiems radikalams, reakcijai, taip pat žinomai kaip laisvųjų radikalų gaudymo mechanizmas. Papildomas dujinimo skilimas išskiria fosforo turinčius laisvuosius radikalus, laisvųjų radikalų gebėjimą nutraukti grandininę reakciją. Fosfatinis antipirenas: svarbus fosfatas, trietilo fosfatas (TEP), tributilo fosfatas (TBP) ir kt.

Fosfato nitrilo junginys, pvz., heksametilfosfazenas (HMPN), alkilfosfitas, pvz., trimetilfosfitas (TMPI), trijų (2,2,2-trifluoretilas), fosfitas (TT-FP), fluorintos rūgšties esteris, pvz., trijų-(2,2,2-trifluoretilo) (TFP) di-(2,2,2-trifluoretil)-metilfosfatas (BMP) , (2,2,2-trifluoretilas) - dietilo fosfatas (TDP), fenilfosfatas (DPOF) ir kt. yra geras antipirenas priedas. Fosfatas paprastai turi santykinai didelį klampumą, prastą elektrocheminį stabilumą, o antipireno pridėjimas taip pat neigiamai veikia elektrolito joninį laidumą ir elektrolito cirkuliacijos grįžtamumą, tuo pačiu padidindamas elektrolito laužiamumą.

Paprastai tai yra: 1 naujų alkilo grupių anglies kiekis; 2 aromatinės (fenilo) grupės fragmentu pakeista alkilo grupė; 3 sudaro ciklinės struktūros fosfatą. Organinė halogeninta medžiaga (halogenintas tirpiklis): organinis halogeninis antipirenas yra svarbus gripo gripo gripui. H pakeitus F, pasikeitė jo fizinės savybės, pvz., sumažėjo lydymosi temperatūra, sumažėjo klampumas, pagerėjo cheminis ir elektrocheminis stabilumas ir kt.

Svarbus organinis halogeninis antipirenas apima fluorociklinius karbonatus, fluoro grandinės karbonatus ir alkil-perfluordekano eterį ir kt. OHMI ir kiti lyginamieji fluoretilo eteris, fluoro turintys fluoro junginiai parodė, kad pridėjus 33,3 % (tūrio dalis) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (tūrio santykis 1: 1: 1) elektrolitas turi aukštesnę pliūpsnio temperatūrą, redukcijos potencialas yra didesnis nei organinio tirpiklio EC, DEC ir PC, kurie gali greitai suformuoti SEI plėvelę ant natūralaus grafito paviršiaus, pagerinti pirmąjį Cullen įkrovimą ir iškrovimą bei iškrovimo pajėgumą. Pačiam fluoridui nenaudojama aukščiau aprašyta antipireno laisvųjų radikalų gaudymo funkcija, tik atskiesti labai lakius ir degius kotirpiklius, todėl tik tūrio santykis elektrolite yra daugiausia (70%), kai elektrolitas nedegus. Kompozitinis antipirenas: šiuo metu elektrolite naudojamas kompozitinis antipirenas turi PF ir NP klasės junginį, tipiškos medžiagos turi svarbų heksametilfosforidą (HMPA), fluorofosfatą ir kt.

Antipirenas sukuria antipireną, sinergiškai naudojant du antipirenus elementus. FEI ir kt. Siūlomi du NP antipirenai MEEP ir MEE, o jo molekulinė formulė parodyta 1 paveiksle.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, elektrolitas gali sumažinti degumą 90%, o laidumas gali siekti 2,5 × 10-3S / cm. 2) Perkrautas priedas: kai ličio jonų akumuliatorius perkraunamas, įvyksta daugybė reakcijų.

Elektrolito komponentas (svarbus tirpiklis), paverčiantis oksidacinių skilimo reakcijų paviršių teigiamo elektrodo paviršiuje, susidaro dujos ir išsiskiria šilumos kiekis, todėl padidėja akumuliatoriaus vidinis slėgis ir temperatūra, o akumuliatoriaus sauga yra rimtai nukenčia. Pagal paskirties mechanizmą apsauginis priedas yra svarbus oksidacinio pašalinimo galios tipui ir dviejų tipų elektrinės polimerizacijos tipui. Pagal priedo tipą jį galima suskirstyti į ličio halogenidą, metaloceno junginį.

Šiuo metu, kai įkrovimo įtampa viršija įprastą ribinę įtampą, priedas pradedamas naudoti nuo teigiamo elektrodo, kai įkrovimo įtampa viršija įprastą įtampą. Oksidacijos reakcija, oksidacijos produktas difunduoja į neigiamą elektrodą ir įvyksta redukcijos reakcija. Oksidacija yra uždaryta tarp teigiamo ir neigiamo polių, sugeria perteklinį krūvį.

Jo tipiškos medžiagos turi feroceną ir jo darinį feridą 2,2-piridiną ir 1,10 gretimų glenolino kompleksą, tiolio darinį. Polimerizacijos bloko užpildo priedas. Tipiškos medžiagos yra cikloheksilbenzenas, bifenilas ir kitos medžiagos.

Kai bifenilas naudojamas kaip iš anksto įkrautas priedas, kai įtampa pasiekia 4,5–4,7 V, pridėtas bifenilas yra elektrochemiškai polimerizuojamas, suformuodamas laidžios plėvelės sluoksnį ant teigiamo elektrodo paviršiaus, padidindamas vidinę akumuliatoriaus varžą ir taip apribodamas įkrovimo srovės apsauginį akumuliatorių.

2.2.2 Jonų skystas jonas skystas elektrolitas yra visiškai sudarytas iš yin ir katijono.

Kadangi tarpiniai jonai arba katijonų tūriai yra silpni, tarpinis yra silpnas, elektronų pasiskirstymas yra netolygus ir oan-censonas gali laisvai judėti kambario temperatūroje, kuri yra skysta. Jį galima suskirstyti į imidazolą, pirazolą, piridiną, ketvirtinę amonio druską ir kt. Lyginant su įprastu ličio jonų baterijų organiniu tirpikliu, joniniai skysčiai turi 5 privalumus: 1 didelis terminis stabilumas, 200 °C negali suirti; 2 garų slėgis yra beveik 0, nereikia jaudintis dėl akumuliatoriaus; 3 joninis skystis nelengva sudeginti. Nėra korozijos; 4 turi didelį elektros laidumą; 5 cheminis arba elektrocheminis stabilumas yra geras.

AN ar panašiai formuoja PP13TFSI ir 1Mollipf6ec / Dec (1:1) į elektrolitą, kuris gali pasiekti visiškai ne kuro efektą, ir į šią sistemą įpilama 2 masės% liboB priedo, kad žymiai pagerintų sąsajos suderinamumą. Vienintelė problema, kurią reikia išspręsti, yra jonų laidumas elektrolitų sistemoje. 2.

2.3 Ličio druskos heksafluorofosfato (LiPF6) šiluminio stabilumo pasirinkimas yra plačiai naudojama elektrolitinė ličio druska prekinėje ličio jonų baterijoje. Nors vienas jo pobūdis nėra optimalus, jo bendras veikimas yra pats naudingiausias.

Tačiau LiPF6 turi ir savo trūkumą, pavyzdžiui, LiPF6 yra chemiškai ir termodinamiškai nestabilus, o reakcija vyksta: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), susidariusi reakcija PF5 lengvai atakuoja organinį tirpiklį deguonies atome Vienišas elektronams, todėl vyksta atviros kilpos polimerizacija, o eteriniai ryšiai yra ypač rimti esant aukštai temperatūrai. Dabartiniai aukštos temperatūros elektrolitų druskų tyrimai yra sutelkti organinių ličio druskų laukuose. Reprezentatyvios medžiagos yra svarbios boro druskoms, ličio druskoms imino pagrindu.

LIB (C2O4) 2 (liboB) – pastaraisiais metais naujai susintetinta elektrolitų druska. Jis turi daug puikių savybių, suyra 302 ° C temperatūroje, gali sudaryti stabilią SEI plėvelę neigiamame elektrode. Pagerinkite grafito veikimą PC pagrindu pagamintame elektrolitiniame tirpale, tačiau jo klampumas yra didelis, susidaro SEI plėvelės varža [14].

LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) skilimo temperatūra yra 360 ° C, o jonų laidumas normalioje temperatūroje yra šiek tiek mažesnis nei LiPF6. Elektrocheminis stabilumas yra geras, o oksidacijos potencialas yra apie 5,0 V, kuri yra pati organiškiausia ličio druska, tačiau tai yra rimta Al bazinio skysčio korozija.

2.2.4 Polimerinis elektrolitas Daugelyje įprastų ličio jonų baterijų naudojami degūs ir lakūs karbonatiniai tirpikliai, jei dėl nuotėkio gali kilti gaisras.

Tai ypač galinga didelės talpos ir didelio energijos tankio ličio jonų baterija. Užuot naudoję nesąžiningus polimerinius elektrolitus, o ne degius organinius skystus elektrolitus, tai gali žymiai pagerinti ličio jonų akumuliatorių saugumą. Polimerinių elektrolitų, ypač gelio tipo polimerinių elektrolitų, tyrimai padarė didelę pažangą.

Šiuo metu jis sėkmingai naudojamas komercinėse ličio jonų baterijose. Pagal polimero korpuso klasifikaciją, gelio polimero elektrolitas yra svarbus šioms trims kategorijoms: PAN polimero elektrolitas, PMMA polimero elektrolitas, PVDF polimero elektrolitas. Tačiau gelio tipo polimerinis elektrolitas iš tikrųjų yra sauso polimero elektrolito ir skysto elektrolito kompromiso rezultatas, o gelio tipo polimerinės baterijos dar turi daug nuveikti.

2.3 Teigiama medžiaga gali nustatyti, kad teigiamo elektrodo medžiaga yra nestabili, kai įkrovimo būsenos įtampa viršija 4 V, ir nesunku generuoti aukštoje temperatūroje ištirpusią šilumą, kad suirtų deguonis, deguonis ir organiniai tirpikliai toliau reaguoja į didelį šilumos ir kitų dujų kiekį, sumažina akumuliatoriaus saugumą [2, 17-19]. Todėl teigiamo elektrodo ir elektrolito reakcija laikoma svarbia šilumos priežastimi.

Kalbant apie įprastą medžiagą, pagerinti bendrą jos saugos metodą yra dangos modifikavimas. Teigiamo elektrodo medžiagos paviršiaus padengimas MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2 ir kt., gali sumažinti Die +-galinio teigiamo ir elektrolito reakciją, tuo pačiu sumažinant teigiamo elektrodo chromatografiją, slopindamas teigiamo elektrodo medžiagos fazės pokytį.

Pagerinkite jo struktūrinį stabilumą, sumažinkite gardelės katijono atsparumą sutrikimams, taip sumažindami antrinę cirkuliacijos proceso reakciją. 2.4 Anglies medžiaga šiuo metu naudoja mažą specifinį paviršiaus plotą, didesnę įkrovimo ir iškrovimo platformą, mažą įkrovimo ir iškrovimo platformą, santykinai aukštą šiluminį stabilumą, santykinai gerą šiluminę būseną, santykinai aukštą termostabilumą, santykinai aukštą termostabilumą, santykinai aukštą termostabilumą.

Pavyzdžiui, tarpinės fazės anglies mikrosferos (MCMB) arba špinelio struktūros Li9Ti5o12, kuris yra geresnis nei laminuoto grafito struktūrinis stabilumas [20]. Šiuo metu naudojamas anglies medžiagos eksploatacinių savybių gerinimo metodas yra svarbus paviršiaus apdorojimui (paviršiaus oksidacijai, paviršiaus halogenavimui, anglies dangai, metalo, metalo oksido, polimerinės dangos padengimui) arba metalo ar nemetalinio legiravimo įvedimui. 2.

5 Šiuo metu komercinėse ličio jonų baterijose naudojama diafragma vis dar yra poliolefino medžiaga, o svarbūs jos trūkumai yra karšta ir prastas elektrolitinio skysčio įsiskverbimas. Siekdami įveikti šiuos defektus, mokslininkai išbandė daugybę būdų, pavyzdžiui, ieškojo šiluminio stabilumo medžiagų arba pridėjo nedidelį kiekį Al2O3 arba SiO2 nanopowdia, kuri ne tik turi bendrą diafragmą, bet ir turi teigiamo elektrodo medžiagos šiluminį stabilumą. naudoti.

MIAO ir kt., Poliimido nano neaustinė medžiaga, pagaminta elektrostatiniu verpimo metodu. DR ir TGA tipo charakterizavimo priemonės rodo, kad ji gali ne tik išlaikyti šiluminį stabilumą esant 500 ° C, bet ir turėti geresnį elektrolitų įsiskverbimą, palyginti su CELGARD diafragma. WANG ir kt. paruošė AL2O3-PVDF nanoskopinę mikroporinę membraną, kuri pasižymi geromis elektrocheminėmis savybėmis ir terminiu stabilumu, patenkinančiu ličio jonų akumuliatorių separatorių naudojimą.

3 Apibendrinant ir laukiame ličio jonų akumuliatorių, skirtų elektromobiliams ir energijos kaupimui, kuris yra daug didesnis nei maža elektroninė įranga, o naudojimo aplinka yra sudėtingesnė. Apibendrinant, matome, kad jo saugumas toli gražu nėra išspręstas ir tapo dabartine technine kliūtimi. Tolesnis darbas turi būti nuodugnus, kad būtų atsižvelgta į šiluminį poveikį, kurį akumuliatorius gali sukelti po neįprasto veikimo, ir rasti veiksmingą būdą, kaip pagerinti ličio jonų akumuliatoriaus saugą.

Šiuo metu fluoro turinčių tirpiklių ir antipirenų priedų naudojimas yra svarbi kryptis kuriant saugaus tipo ličio jonų akumuliatorių. Kaip suderinti elektrocheminį efektyvumą ir saugą aukštoje temperatūroje, bus daugiausia dėmesio skiriama būsimiems tyrimams. Pavyzdžiui, sukurtas didelio efektyvumo kompozitinis antipirenas, integruotas integruotas rinkinys P, N, F ir CL, sukurtas organinis tirpiklis, turintis aukštą virimo temperatūrą, aukštą pliūpsnio temperatūrą, ir pagamintas aukštos saugos elektrolitinis tirpalas.

Kompozitiniai antipirenai, dviejų funkcijų priedai taip pat taps ateities plėtros tendencijomis. Kalbant apie ličio jonų akumuliatoriaus elektrodo medžiagą, medžiagos paviršiaus cheminės savybės yra skirtingos, elektrodo medžiagos jautrumo įkrovimo ir iškrovimo potencialui laipsnis yra nenuoseklus, todėl neįmanoma naudoti vieno ar riboto kelių elektrodų / elektrolitų / priedų visai akumuliatoriaus konstrukcijai. Todėl ateityje turėtume sutelkti dėmesį į skirtingų baterijų sistemų kūrimą konkrečioms elektrodų medžiagoms.

Tuo pačiu metu ji taip pat kuria didelio saugumo polimerinę ličio jonų akumuliatorių sistemą arba kuria neorganinį kietą elektrolitą, turintį vieną katijoną laidus ir greitą jonų transportavimą bei aukštą termostabilumą. Be to, joninio skysčio veikimo gerinimas, paprastų ir pigių sintetinių sistemų kūrimas taip pat yra svarbi būsimų tyrimų dalis.