Напредокот во истражувањето за термичка загуба на полнење на литиумска батерија

著者：Iflowpower – Dodavatel přenosných elektráren

Апстракт: Резиме на најновите достигнувања и изгледи за развој за високобезбедно истражување на литиум-јонски батерии. Важно од високата температурна стабилност на електролитите и електродите, причините за термичка нестабилност на литиум-јонските батерии и нивните механизми појаснија дека постојниот комерцијален систем на литиум-јонски батерии е несоодветен на високи температури, предлага да се развијат електролити со висока температура, позитивни и негативни модификации и надворешно управување со батериите итн. да дизајнира литиум-јонски батерии со висока безбедност.

Изглед на развојот на техничките перспективи за развој на безбедносни литиум-јонски батерии. 0 Вовед Литиум јонските батерии стануваат типичен претставник на нов тип на енергија поради неговата ниска цена, високи перформанси, висока моќност и зелена средина, широко користени во 3C дигитални производи, мобилни напојувања и електрични алатки. Во последниве години, поради интензивирањето на загадувањето на животната средина и насоките на националната политика, пазарот на електрични возила базиран на електрични возила ја зголеми побарувачката за литиум-јонски батерии, во процесот на развој на системи за литиум-јонски батерии со висока моќност, прашањата за безбедноста на батериите привлекоа големо внимание , Постојните проблеми итно треба дополнително да се решат.

Промената на температурата на батерискиот систем се определува со појава на топлина и дистрибуирани два фактори. Појавата на топлина на литиум-јонската батерија е важна е предизвикана од реакцијата помеѓу термичкото распаѓање и материјалот на батеријата. Намалете ја топлината на батерискиот систем и подобрете го системот на перформанси против високи температури, системот за батерии е безбеден.

И малата пренослива опрема, како што се мобилните телефони, капацитетот на батеријата на лаптопот е генерално помал од 2AH, а капацитетот на литиум-јонската батерија од типот на енергија што се користи во електрични возила е генерално поголем од 10 h, а локалната температура е често повисока од 55 ° C за време на нормална работа, а внатрешната температура ќе достигне 300 ° C, при висока температура или голема брзина на полнење и празнење на органот предизвикува зголемување на температурата на серијата и празнење. реакции, кои на крајот доведуваат до термичка надвор од контрола и согорување или експлозија на батеријата [3]. Покрај сопствените фактори на хемиски одговор, некои луѓе имаат краток спој предизвикан од прегревање, претекнување и механички удар, некои вештачки фактори исто така може да доведат до појава на литиум-јонска батерија за да предизвикаат безбедносни несреќи. Затоа, важно е да се проучат и подобрат перформансите на висока температура на литиум-јонските батерии.

1 термичка причина за надвор од контрола, анализата на термичката надвор од контрола на литиум-јонската батерија е важна затоа што внатрешната температура на батеријата се зголемува. Во моментов, најшироко користен електролитен систем во комерцијалните литиум-јонски батерии е мешан карбонат раствор на LiPF6. Таквиот растворувач има висока испарливост, ниска точка на палење, многу лесен за согорување.

Кога внатрешниот краток спој предизвикан од судир или деформиран, голема стапка на полнење и празнење и претекнување, ќе има многу топлина, што резултира со зголемување на температурата на батеријата. Кога ќе се достигне одредена температура, низа реакции на распаѓање ќе предизвикаат термичка рамнотежа на батеријата да се уништи. Кога топлината ослободена од овие хемиски реакции не може да се евакуира навреме, тоа ќе ја влоши прогресијата на реакцијата и ќе предизвика серија несакани реакции на самозагревање.

Температурата на батеријата нагло се зголемува, односно „термичка надвор од контрола“, на крајот доведува до согорување на батеријата, па дури и се случува сериозно експлозија. Генерално, причината за термичката надвор од контрола на литиум-јонската батерија е важна во термичката нестабилност на електролитот, како и термичката нестабилност на електролитот и соживотот на позитивните и негативните електроди. Во моментов, од голем аспект, безбедноста на литиум-јонските батерии е важна од надворешно управување и внатрешен дизајн за да се контролира внатрешната температура, напонот и притисокот на воздухот за да се постигнат безбедносни цели.

2 Решете ја стратегијата за термичка надвор од контрола 2. Надворешно управување 1) Компонента PTC (позитивен температурен коефициент): Инсталирајте ја PTC компонентата во литиум-јонска батерија, која ги зема предвид притисокот и температурата во внатрешноста на батеријата, а кога батеријата се загрева со преполнување, батеријата е 10 Отпорот се зголемува за да се ограничи струјата, а напонот помеѓу позитивниот и негативниот пол се намалува на безбедна автоматска заштита за да се реализира функцијата на батеријата. 2) Вентил отпорен на експлозија: Кога батеријата е преголема поради ненормално, вентилот отпорен на експлозија е деформиран, кој ќе се стави во внатрешноста на батеријата што треба да се поврзе, прекинете со полнењето.

3) Електроника: 2 ~ 4 батериски пакети може да го разубават дизајнот на електронското коло заштитник на литиум јони, да спречи преполнување и претерано празнење, да спречи безбедносни несреќи, да го продолжи животниот век на батеријата. Се разбира, овие методи за надворешна контрола имаат одреден ефект, но овие дополнителни уреди ја додадоа сложеноста и производствените трошоци на батеријата и не можат целосно да го решат проблемот со безбедноста на батеријата. Затоа, неопходно е да се воспостави внатрешен безбедносен механизам за заштита.

2.2 Подобрување на електролитниот електролит електролит како литиум-јонска батерија, природата на електролитот директно ги одредува перформансите на батеријата, капацитетот на батеријата, опсегот на работна температура, перформансите на циклусот и безбедносните перформанси се важни. Во моментов, комерцијални системи за електролитски раствор на литиум-јонска батерија, најшироко користен состав е LIPF6, винил карбонат и линеарен карбонат.

Предниот дел е незаменлива состојка, а нивната употреба има и одредени ограничувања во однос на перформансите на батеријата. Во исто време, во електролитот се користи голема количина на ниска точка на вриење, ниска точка на палење на карбонат растворувач, кој ќе биде на пониски температури. Блеснете, постои голема безбедносна опасност.

Затоа, многу истражувачи се обидуваат да го подобрат електролитниот систем за да ги подобрат безбедносните перформанси на електролитите. Во случај кога материјалот на главното тело на батеријата (вклучувајќи го материјалот на електродата, материјалот на дијафрагмата, електролитниот материјал) не се менува за краток временски период, стабилноста на електролитот е важен начин за подобрување на безбедноста на литиум-јонските батерии. 2.

2.1 Адитивите со функционална адитивна функција имаат помала доза, насочена карактеристика. Односно, може значително да ги подобри одредени макроскопски перформанси на батеријата без промена на производниот процес без промена или суштински да нема нови трошоци за батеријата.

Затоа, функционалните адитиви станаа жешка точка во денешната литиум-јонска батерија, која е една од најперспективните патишта кои во моментов се најперспективното патогено решение на електролитот на литиум-јонската батерија. Основната употреба на адитивот е да се спречи температурата на батеријата да биде превисока и напонот на батеријата да биде ограничен на контролниот опсег. Затоа, дизајнот на адитивот се разгледува и од перспектива на температурата и потенцијалот за полнење.

Адитив за огноотпорен: Адитивот за заштитник на пламен, исто така, може да се подели на органски фосфорни адитиви кои го забавуваат пламенот, соединение што содржи азот, адитив за отпорност на пламен на база на силициум и композитен адитиви за забавување на пламенот. 5 важни категории. Органски фосфор-клеточен забавувач на пламен: Важно вклучува некои соединенија на алкил фосфат, алкил фосфит, флуориран фосфат и фосфат нитрил.

Механизмот за заштитување на пламенот е важен за верижната реакција на молекулите на отпорни на пламен кои се мешаат со слободните радикали на водород, исто така познат како механизам за фаќање слободни радикали. Распаѓањето на адитивната гасификација ослободува слободни радикали што содржат фосфор, способност на слободните радикали да ја прекинат верижната реакција. Фосфат ретардант на пламен: Важен фосфат, триетил фосфат (TEP), трибутил фосфат (TBP) итн.

Соединение на фосфат нитрил како што е хексаметил фосфазен (HMPN), алкил фосфит како што е триметил фосфит (TMPI), три - (2,2,2-трифлуороетил), фосфит (TT-FP), флуориран киселински естер, како што е три-(2,2,2)Трфлуор), ди-(2,2,2-трифлуороетил)-метил фосфат (BMP), (2,2,2-трифлуороетил) - диетил фосфат (TDP), фенилфосфат (DPOF), итн. е добар додаток за отпорност на пламен. Фосфатот обично има релативно голем вискозитет, слаба електрохемиска стабилност, а додавањето на забавувач на пламен, исто така, има негативен ефект врз јонската спроводливост на електролитот и циркулационата реверзибилност на електролитот додека ја зголемува рефрактивноста на електролитот.

Тоа е генерално: 1 содржина на јаглерод во новите алкилни групи; 2. супституирана алкилна група на половина од ароматична (фенил) група; 3 формираат фосфат со циклична структура. Органски халогениран материјал (халогениран растворувач): органскиот халоген отпорен на пламен е важен за грип од грип. Откако H ќе се замени со F, неговите физички својства се променија, како што се намалување на точката на топење, намалување на вискозноста, подобрување на хемиската и електрохемиската стабилност итн.

Органскиот халоген забавувач на пламен е важно да вклучува флуороциклични карбонати, флуоро-синџир карбонати и алкил-перфлуородекан етер итн. OHMI и други компаративни флуороетил етер, флуоридни соединенија што содржат флуор покажаа дека додавањето на 33,3% (волуменска фракција) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (волумен сооднос 1: 1: 1) електролитот има повеќе Висока точка на палење, потенцијалот за намалување е повисок од органскиот растворувач EC, DEC и PC, кој може брзо да формира SEI филм на површината на природниот графит, да го подобри првото полнење и празнење на Кален. Самиот флуор ја нема употребата на функцијата за зафаќање на слободните радикали на заштитувачот на пламен опишан погоре, само за разредување на високо испарливи и запаливи ко-растворувачи, така што само волуменскиот однос во електролитот е претежно (70%) кога електролитот не е запалив. Композитен заштитник на пламен: Композитниот заштитник на пламен што моментално се користи во електролитот има соединение PF и соединение од класата NP, репрезентативните супстанции имаат важен хексаметилфосфорид (HMPA), флуорофосфат, итн.

Заштитувачот на пламен има ефект на заштитник на пламен со синергетска употреба на два елементи кои го заштитуваат пламенот. ФЕИ и сор. Предлага два NP ретарданти на пламен MEEP и MEE, а неговата молекуларна формула е прикажана на слика 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, електролитот може да ја намали запаливоста за 90%, а спроводливоста може да достигне 2,5 × 10-3S / cm. 2) Преполнет додаток: Се јавуваат низа реакции кога литиум-јонската батерија е преполнета.

Електролитната компонента (важен е растворувачот) што ја преплетува површината на реакциите на оксидативно распаѓање во површината на позитивната електрода, се генерира гасот и се ослободува количината на топлина, што резултира со зголемување на внатрешниот притисок на батеријата и зголемување на температурата, а безбедноста на батеријата е сериозно засегната. Од механизмот за намена, адитивот за заштита од реконструкција е важен за типот на моќност на оксидативно соголување и два типа на тип на електрична полимеризација. Од типот на адитив, може да се подели на литиум халид, металоцен соединение.

Во моментов, пречекорената дополнителна дополнителна адапраза (BP) и циклохексилбензен (CHB) на редокс адитиви против натрупување се принципот кога напонот на полнење го надминува нормалниот исклучен напон, адитивот започнува на позитивната електрода. Реакцијата на оксидација, производот на оксидација дифузира до негативната електрода и се јавува реакцијата на редукција. Оксидацијата е затворена помеѓу позитивните и негативните полови, апсорбира вишок полнеж.

Неговите репрезентативни супстанции имаат фероцен и неговиот дериват, ферид 2,2-пиридин и комплекс од 1,10-соседен глинолин, дериват на тиол. Полимеризациски блок против полнење додаток. Репрезентативните супстанции вклучуваат циклохексилбензен, бифенил и други супстанции.

Кога бифенилот се користи како претходно наполнет додаток, кога напонот достигнува 4,5 до 4,7 V, додадениот бифенил е електрохемиски полимеризиран, формирајќи слој од спроводлив филм на површината на позитивната електрода, зголемувајќи го внатрешниот отпор на батеријата, а со тоа ја ограничува батеријата за заштита од струја на полнење.

2.2.2 Јонскиот течен јонски течен електролит е целосно составен од јин и катјон.

Бидејќи внатрешните јони или катјонските волумени се слаби, средното е слабо, дистрибуцијата на електроните е нерамномерна, а оан-цензунот може слободно да се движи на собна температура, која е течна. Може да се подели на имидазол, пиразол, пиридин, кватернарна амониумова сол итн. Во споредба со обичните органски растворувачи на литиум-јонски батерии, јонските течности имаат 5 предности: 1 висока термичка стабилност, 200 ° C не може да се распаѓаат; 2 притисок на пареа е речиси 0, не мора да се грижите за батеријата; 3 јонска течност не е лесна за согорување Нема корозивност; 4 има висока електрична спроводливост; 5 хемиска или електрохемиска стабилност е добра.

AN или слично ги формира PP13TFSI и 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) во електролит, кој може да постигне целосно ефекти без гориво и да додаде 2 wt% liboB додаток во овој систем за значително да ја подобри компатибилноста на интерфејсот. Единствениот проблем што треба да се реши е спроводливоста на јонот во електролитниот систем. 2.

2.3 Избор на термичка стабилност на литиумовата сол хексафлуорофосфат (LiPF6) е широко користена електролитна сол на литиум во стоковна литиум-јонска батерија. Иако неговата единствена природа не е оптимална, нејзината вкупна изведба е најповолна.

Сепак, LiPF6 има и свој недостаток, на пример, LiPF6 е хемиски и термодинамички нестабилен, а реакцијата се случува: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), генерираната реакција PF5 е лесно да се нападне органскиот растворувач во атом на кислород Осамен на електроните, а се отвора решетка и се отвора реакцијата на растворувачот на електроните и се отвора реакцијата на растворувачот. е особено сериозен на високи температури. Тековните истражувања за електролитните соли со висока температура се концентрирани во полињата со органска литиумска сол. Репрезентативните супстанции се важни со соли на база на бор, соли на литиум базирани на имин.

LIB (C2O4) 2 (liboB) е ново синтетизирана електролитна сол во последниве години. Има многу одлични својства, температури на распаѓање 302 ° C, може да формира стабилен SEI филм во негативна електрода. Подобрете ги перформансите на графитот во електролитски раствор базиран на компјутер, но неговиот вискозитет е голем, формирана е импедансата на филмот SEI [14].

Температурата на распаѓање на LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) е 360 ° C, а спроводливоста на јоните при нормална температура е малку пониска од LiPF6. Електрохемиската стабилност е добра, а потенцијалот на оксидација е околу 5,0 V, што е најорганската литиумска сол, но е сериозна корозија на течноста од алуминиумска база.

2.2.4 Полимерен електролит Многу литиум-јонски батерии користат запаливи и испарливи карбонатни растворувачи, доколку истекувањето веројатно ќе предизвика пожар.

Ова е особено моќната литиум-јонска батерија со висок капацитет и висока енергетска густина. Наместо да користи бескрупулозни полимерни електролити наместо запаливи органски течни електролити, може значително да ја подобри безбедноста на литиум-јонските батерии. Истражувањето на полимерниот електролит, особено полимерниот електролит од типот на гел, постигна голем напредок.

Во моментов, тој успешно се користи во комерцијални литиум-јонски батерии. Според класификацијата на полимерното тело, гел полимерниот електролит е важен со следните три категории: полимер електролит базиран на PAN, полимер електролит PMMA, полимер електролит базиран на PVDF. Сепак, полимерниот електролит од типот на гел е всушност резултат на компромис на сув полимер електролит и компромис со течен електролит, а полимерните батерии од типот на гел имаат уште многу работа.

2.3 Позитивниот материјал може да утврди дека материјалот на позитивната електрода е нестабилен кога напонот на состојбата на полнење е над 4V и лесно е да се генерира топлина растворена на високи температури за да се разложи кислородот, кислородот и органските растворувачи продолжуваат да реагираат на големо количество топлина и други гасови, ја намалуваат безбедноста на батеријата [2, 17]. Затоа, реакцијата на позитивната електрода и електролитот се смета за важна причина за топлина.

Во однос на нормалниот материјал, подобрете го вообичаениот метод за неговата безбедност е модификација на облогата. За површинската обвивка на материјалот на позитивната електрода со MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, итн., може да ја намали реакцијата на Die +-задниот позитивен и електролит додека ја намалува хроматографијата на позитивната електрода, инхибирајќи ја фазната промена на супстанцијата на позитивната електрода.

Подобрете ја неговата структурна стабилност, намалете ја отпорноста на нередот на катјон во решетката, а со тоа ја намалувате секундарната реакција на процесот на циркулација. 2.4 Јаглеродниот материјал моментално користи мала специфична површина, поголема платформа за полнење и празнење, мала платформа за полнење и празнење, релативно висока термичка стабилност, релативно добра топлинска состојба, релативно висока термостабилност, релативно висока термостабилност, релативно висока термостабилност.

Како што се јаглеродните микросфери од средна фаза (MCMB) или Li9Ti5o12 од структурата на спинел, што е подобро од структурната стабилност на ламинираниот графит [20]. Методот за моментално подобрување на перформансите на јаглеродниот материјал е важен за површинската обработка (оксидација на површината, халогенизација на површината, обложување со јаглерод, обложување метал, метал оксид, полимерна обвивка) или воведување метален или неметален допинг. 2.

5 Дијафрагмата која моментално се применува во комерцијалните литиум-јонски батерии е сè уште полиолефински материјал, а неговите важни недостатоци се топлата и слабата инфилтрација на електролитичката течност. Со цел да се надминат овие дефекти, истражувачите се обиделе на многу начини, како на пример да бараат материјали за термичка стабилност или да додадат мала количина на нанопудија Al2O3 или SiO2, која не само што има заедничка дијафрагма, туку има и термичка стабилност на материјалот на позитивната електрода. употреба.

MIAO et al, полиимидна нано неткаена изработка подготвена со метод на електростатско предење. Средствата за карактеризација слични на DR и TGA покажуваат дека не само што може да одржува топлинска стабилност на 500 ° C, туку има и подобра инфилтрација на електролит во однос на дијафрагмата CELGARD. WANG и сор подготвија наноскопска микропорозна мембрана AL2O3-PVDF, која покажува добри електрохемиски својства и термичка стабилност, задоволувајќи ја употребата на сепаратори на литиум-јонски батерии.

3 Резиме и со нетрпение очекуваме литиум-јонски батерии за електрични возила и складирање на енергија, што е многу поголемо од малата електронска опрема, а околината за употреба е посложена. Накратко, можеме да видиме дека неговата безбедност е далеку од решавање и стана сегашното техничко тесно грло. Понатамошната работа треба да биде во длабочина на термичкиот ефект што може да го предизвика батеријата по абнормална работа и да се најде ефикасен начин за подобрување на безбедносните перформанси на литиум-јонската батерија.

Во моментов, употребата на растворувачи кои содржат флуор и адитиви кои го забавуваат пламенот е важна насока за развој на безбедносен тип на литиум-јонска батерија. Како да се балансираат електрохемиските перформанси и безбедноста на високи температури ќе биде фокус на идното истражување. На пример, развиен е композитен интегрален интегриран сет за отпорен на пламен со високи перформанси P, N, F и CL, и органски растворувач со висока точка на вриење, висока точка на палење и се произведува електролитски раствор со високи безбедносни перформанси.

Композитните ретарданти на пламен, адитиви со двојна функција, исто така, ќе станат идни развојни трендови. Што се однесува до материјалот на електродата на литиум јонската батерија, површинските хемиски својства на материјалот се различни, степенот на чувствителност на материјалот на електродата на потенцијалот за полнење и празнење е неконзистентен, и невозможно е да се користат една или ограничени неколку електроди / електролит / адитиви за целиот структурен дизајн на батериите. Затоа, во иднина, треба да се фокусираме на развој на различни батериски системи за специфични електроди материјали.

Во исто време, развива и полимерен литиум-јонски батериски систем со висока безбедност или развој на неоргански цврст електролит кој има спроводлив еден катјон и брз транспорт на јони и висока термостабилност. Покрај тоа, подобрувањето на перформансите на јонската течност, развојот на едноставни и евтини синтетички системи е исто така важен дел од идното истражување.