Fremskritt innen forskning på termisk tap av ladet litiumbatteri

著者：Iflowpower – Lieferant von tragbaren Kraftwerken

Sammendrag: Sammendrag av de siste fremskrittene og utviklingsutsiktene for forskning på litiumionbatterier med høy sikkerhet. Viktig fra høytemperaturstabiliteten til elektrolytter og elektroder, har årsakene til termisk ustabilitet til litiumionbatterier og deres mekanismer klargjort at det eksisterende kommersielle litiumionbatterisystemet er utilstrekkelig ved høye temperaturer, foreslår å utvikle høytemperaturelektrolytter, positive og negative modifikasjoner og ekstern batteristyring, etc. å designe høysikkerhets litium-ion-batterier.

Utsikter til utviklingen av det tekniske prospektet for utvikling av sikkerhetslitium-ion-batterier. 0 Introduksjon Litiumion-batterier blir en typisk representant for en ny type energi på grunn av lav pris, høy ytelse, høyeffekt og grønne miljø, mye brukt i 3C digitale produkter, mobil kraft og elektriske verktøy. De siste årene, på grunn av intensivering av miljøforurensning og nasjonale retningslinjer, har markedet for elbilbaserte elektriske kjøretøy økt etterspørselen etter litiumionbatterier, i prosessen med å utvikle høyeffekts litiumionbatterisystemer, har batterisikkerhetsspørsmål tiltrukket seg omfattende oppmerksomhet , Eksisterende problemer må snarest løses ytterligere.

Temperaturendringen til batterisystemet bestemmes av fremveksten av varme og fordelt to faktorer. Forekomsten av varme av litiumionbatteri er viktig er forårsaket av reaksjonen mellom termisk dekomponering og batterimateriale. Reduser varmen på batterisystemet og forbedre systemet med anti-høy temperatur ytelse, batterisystemet er trygt.

Og lite bærbart utstyr som mobiltelefoner, den bærbare batterikapasiteten er generelt mindre enn 2AH, og strøm-type litiumion-batterikapasiteten som brukes i elektriske kjøretøyer er generelt større enn 10ah, og den lokale temperaturen er ofte høyere enn 55 °C under normal drift, og den indre temperaturen vil nå 300 °C, under høy temperatur eller høy hastighet ladning og utladning, vil brennbarheten av organiske reaksjons- og løsningsmiddelreaksjoner føre til en varmereaksjons- og reaksjonstemperatur. til slutt fører til termisk ute av kontroll og batteriforbrenning eller eksplosjon [3]. I tillegg til sine egne kjemiske responsfaktorer, har noen mennesker en kortslutning forårsaket av overoppheting, forbikjøringer og mekanisk påvirkning, noen kunstige faktorer kan også føre til at det oppstår et litiumionbatteri for å forårsake sikkerhetsulykker. Derfor er det viktig å studere og forbedre høytemperaturytelsen til litium-ion-batterier.

1 termisk ute av kontroll årsak analyse av termisk ute av kontroll av litium-ion batteriet er viktig fordi den interne temperaturen i batteriet stiger. For tiden er det mest brukte elektrolyttsystemet i kommersielle litiumionbatterier en blandet karbonatløsning av LiPF6. Et slikt løsningsmiddel har høy flyktighet, lavt flammepunkt, veldig lett å forbrenne.

Når den interne kortslutningen forårsaket av kollisjon eller deformert, en høy hastighet ladning og utladning og forbikjøring, vil det være mye varme, noe som resulterer i å øke batteritemperaturen. Når en viss temperatur nås, vil en rekke nedbrytningsreaksjoner føre til at den termiske balansen til batteriet blir ødelagt. Når varmen som frigjøres av disse kjemiske reaksjonene ikke kan evakueres i tide, vil det forverre progresjonen av reaksjonen, og utløse en rekke selvoppvarmende bireaksjoner.

Batteritemperaturen stiger kraftig, det vil si "termisk ute av kontroll", som til slutt fører til at batteriet brenner, og til og med en eksplosjon oppstår alvorlig. Generelt er årsaken til termisk ukontrollert litiumion-batteri viktig i den termiske ustabiliteten til elektrolytten, så vel som den termiske ustabiliteten til elektrolytten og positiv og negativ elektrode sameksistens. For øyeblikket, fra et stort aspekt, er sikkerheten til litium-ion-batterier viktig fra ekstern styring og intern design for å kontrollere intern temperatur, spenning og lufttrykk for å oppnå sikkerhetsformål.

2 Løs strategi for termisk ute av kontroll 2. Ekstern styring 1) PTC (positiv temperaturkoeffisient)-komponent: Installer PTC-komponenten i et litiumionbatteri, som tar hensyn til trykket og temperaturen inne i batteriet, og når batteriet varmes opp av overlading, er batteriet 10. Motstanden øker for å begrense strømmen, og spenningen mellom de positive og negative polene reduseres til en sikker spenningsfunksjon for å realisere den automatiske batteribeskyttelsesfunksjonen. 2) Eksplosjonssikker ventil: Når batteriet er for stort på grunn av unormalt, er den eksplosjonssikre ventilen deformert, som vil bli plassert inne i batteriet som skal kobles til, stopp ladingen.

3) Elektronikk: 2 ~ 4 batteripakker kan dekorere den elektroniske kretsdesignets litiumion-beskytter, forhindre overlading og overutlading, forhindre sikkerhetsulykker, forlenge batterilevetiden. Selvfølgelig har disse eksterne kontrollmetodene en viss effekt, men disse tilleggsenhetene har lagt til kompleksiteten og produksjonskostnadene til batteriet, og de kan ikke helt løse problemet med batterisikkerhet. Derfor er det nødvendig å etablere en egensikkerhetsmekanisme.

2.2 Forbedring av elektrolyttelektrolyttelektrolytt som et litiumionbatteri, elektrolyttens natur bestemmer direkte batteriets ytelse, kapasiteten til batteriet, driftstemperaturområdet, syklusytelsen og sikkerhetsytelsen er viktig. I dag, kommersielle litium-ion batteri elektrolytiske løsning systemer, den mest brukte sammensetningen er LIPF6, vinylkarbonat og lineært karbonat.

Fronten er en uunnværlig ingrediens, og bruken av dem har også noen begrensninger når det gjelder batteriytelse. Samtidig brukes en stor mengde lavtkokende, lavt flammepunkt av karbonatløsningsmiddel i elektrolytten, som vil være ved lavere temperaturer. Flash, det er en stor sikkerhetsrisiko.

Derfor prøver mange forskere å forbedre elektrolyttsystemet for å forbedre sikkerhetsytelsen til elektrolytter. I tilfellet hvor hoveddelen av batteriet (inkludert elektrodematerialet, diafragmamaterialet, elektrolyttmaterialet) ikke endres på kort tid, er stabiliteten til elektrolytten en viktig måte å øke sikkerheten til litiumionbatterier. 2.

2.1 Funksjonell additiv funksjon additiver har mindre dosering, målrettet funksjon. Det vil si at det kan forbedre visse makroskopiske ytelser til batteriet betydelig uten å endre produksjonsprosessen uten å endre eller vesentlig ingen nye batterikostnader.

Derfor har funksjonstilsetninger blitt et hot spot i dagens litiumionbatteri, som er en av de mest lovende veiene som for tiden er den mest lovende patogene løsningen av litiumionbatterielektrolytt. Den grunnleggende bruken av tilsetningsstoffet er å forhindre at batteritemperaturen blir for høy og batterispenningen begrenses til kontrollområdet. Derfor vurderes utformingen av tilsetningsstoffet også i forhold til temperaturen og ladepotensialet.

Flammehemmende tilsetning: Det flammehemmende tilsetningsstoffet kan også deles inn i organiske fosfor flammehemmende tilsetningsstoffer, et nitrogenholdig sammensatt flammehemmende tilsetningsstoff, et silisiumbasert flammehemmende tilsetningsstoff og et sammensatt flammehemmende tilsetningsstoff. 5 viktige kategorier. Organisk fosforcelle-flammehemmende middel: Viktig inkluderer noe alkylfosfat, alkylfosfitt, fluorert fosfat og fosfatnitrilforbindelser.

Den flammehemmende mekanismen er viktig for kjedereaksjonen til flammehemmende molekyler som forstyrrer frie radikaler av hydrogen, også kjent som fangstmekanismen for frie radikaler. Additiv gassifiseringsdekomponering frigjør fosforholdige frie radikaler, de frie radikalenes evne til å avslutte en kjedereaksjon. Fosfatflammehemmende middel: Viktig fosfat, trietylfosfat (TEP), tributylfosfat (TBP), etc.

Fosfatnitrilforbindelse som heksametylfosfazen (HMPN), alkylfosfitt som trimetylfosfitt (TMPI), tre-(2,2,2-trifluoretyl), fosfitt (TT-FP), fluorsyreester, slik som tre-(2,2,2-trifluoretyl)fos (TFP), di-(2,2,2-trifluoretyl)-metylfosfat (BMP), (2,2,2-trifluoretyl) - dietylfosfat (TDP), fenylfosfat (DPOF), etc. er et godt flammehemmende tilsetningsstoff. Fosfatet har typisk en relativt høy viskositet, dårlig elektrokjemisk stabilitet, og tilsetningen av flammehemmeren har også en negativ effekt på elektrolyttens ioniske ledningsevne og sirkulasjonsreversibiliteten til elektrolytten samtidig som den øker brytningsevnen til elektrolytten.

Det er generelt: 1 karboninnhold av nye alkylgrupper; 2 aromatisk (fenyl)gruppedel substituert alkylgruppe; 3 danner en syklisk struktur fosfat. Organisk halogenert materiale (halogenert løsemiddel): organisk halogenisk flammehemmer er viktig for influensainfluensa. Etter at H er erstattet med F, har dens fysiske egenskaper endret seg, slik som reduksjon i smeltepunkt, reduksjon i viskositet, forbedring av kjemisk og elektrokjemisk stabilitet, etc.

Den organiske halogeniske flammehemmeren er viktig for å inkludere fluorsykliske karbonater, fluorkjedekarbonater og alkyl-perfluordekaneter, etc. OHMI og andre komparative fluoretyleter, fluorholdige fluorforbindelser viste at tilsetningen av 33,3% (volumfraksjon) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (volumforhold 1: 1: 1) elektrolytt har et høyere flammepunkt, reduksjonspotensialet er høyere enn det organiske løsningsmidlet EC, DEC og PC, som raskt kan danne en SEI-film på overflaten av den naturlige grafitten, forbedre den første ladningen og utladningen av Cullens effektivitet og utladningskapasitet. Fluoret i seg selv har ikke bruken av frie radikaler-fangstfunksjonen til flammehemmeren beskrevet ovenfor, kun for å fortynne høyflyktige og brennbare hjelpeløsningsmidler, så kun volumforholdet i elektrolytten er stort sett (70 %) Når elektrolytten ikke er brannfarlig. Kompositt flammehemmer: Kompositt flammehemmeren som for tiden brukes i elektrolytten har en PF-forbindelse og en NP-klasseforbindelse, representative stoffer har et viktig heksametylfosforid (HMPA), fluorfosfat, etc.

Flammehemmende middel utøver flammehemmende effekt ved synergistisk bruk av to flammehemmende elementer. FEI et al. Foreslår to NP-flammehemmere MEEP og MEE, og dens molekylformel er vist i figur 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, elektrolytten kan redusere brennbarheten med 90%, og ledningsevnen kan nå 2,5 × 10-3S / cm. 2) Overladet additiv: En rekke reaksjoner oppstår når litium-ion-batteriet overlades.

Elektrolyttkomponenten (viktig er løsningsmidlet) som invererer overflaten av oksidative nedbrytningsreaksjoner i overflaten av den positive elektroden, gassen genereres og varmemengden frigjøres, noe som resulterer i økningen i det indre trykket til batteriet og temperaturøkningen, og sikkerheten til batteriet blir alvorlig påvirket. Fra formålsmekanismen er overchaul-beskyttelsesadditivet viktig for den oksidative stripping-krafttypen og to typer elektrisk polymerisasjonstype. Fra typen tilsetningsstoff kan det deles inn i litiumhalogenid, metallocenforbindelse.

For tiden er en overkalt ekstra ekstra adaprase (BP) og cykloheksylbenzen (CHB) på redoks-anti-overchard-additiver prinsippet når ladespenningen overstiger den normale cutoff-spenningen, begynner additivet ved den positive elektroden. Oksydasjonsreaksjonen, oksidasjonsproduktet diffunderer til den negative elektroden, og reduksjonsreaksjonen skjer. Oksidasjon er lukket mellom de positive og negative polene, absorberer overflødig ladning.

Dens representative stoffer har et ferrocen og dets derivat, ferrid 2,2-pyridin og et kompleks av 1,10-tilstøtende glenolin, tiolderivat. Polymeriseringsblokk anti-fylt tilsetningsstoff. Representative stoffer inkluderer cykloheksylbenzen, bifenyl og andre stoffer.

Når bifenylen brukes som et forhåndsladet tilsetningsstoff, når spenningen når 4,5 til 4,7V, polymeriseres den tilsatte bifenylen elektrokjemisk, og danner et lag med ledende film på overflaten av den positive elektroden, øker den interne motstanden til batteriet, og begrenser dermed beskyttelsesbatteriet for ladestrøm.

2.2.2 Ion flytende ion flytende elektrolytt er fullstendig sammensatt av yin og kation.

Siden de indre ionene eller kationiske volumene er svake, er mellomproduktet svakt, elektronfordelingen er ujevn, og til-censunen kan være fri til å bevege seg ved romtemperatur, som er flytende. Det kan deles inn i imidazol, pyrazol, pyridin, kvaternært ammoniumsalt, etc. Sammenlignet med det vanlige organiske løsningsmidlet til litiumionbatterier, har ioniske væsker 5 fordeler: 1 høy termisk stabilitet, 200 ° C kan ikke dekomponeres; 2 damptrykk er nesten 0, trenger ikke å bekymre deg for batteriet; 3 ionisk væske er ikke lett å forbrenne Ingen korrosivitet; 4 har høy elektrisk ledningsevne; 5 kjemisk eller elektrokjemisk stabilitet er god.

AN eller lignende danner PP13TFSI og 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) til en elektrolytt, som kan oppnå fullstendig ikke-drivstoffeffekter, og legge til 2 vekt% liboB-additiv i dette systemet for å forbedre grensesnittkompatibiliteten betydelig. Det eneste problemet som må løses er konduktiviteten til ionet i elektrolyttsystemet. 2.

2.3 Velge den termiske stabiliteten til litiumsaltheksafluorfosfat (LiPF6) er et mye brukt elektrolyttlitiumsalt i et vanlig litiumionbatteri. Selv om dens enkeltnatur ikke er optimal, er dens generelle ytelse den mest fordelaktige.

Imidlertid har LiPF6 også sin ulempe, for eksempel er LiPF6 kjemisk og termodynamisk ustabil, og reaksjonen skjer: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), reaksjonen generert PF5 er lett å angripe det organiske løsningsmiddelet i oksygenatomet Ensom for elektroner, noe som resulterer i den åpne sløyfe-reaksjonen er den alvorlige, høye eterbindingen til polymeriseringen av løsemiddelet. Nåværende forskning på høytemperaturelektrolyttsalter er konsentrert i organiske litiumsaltfelt. Representative stoffer er viktige med borbaserte salter, iminbaserte litiumsalter.

LIB (C2O4) 2 (liboB) er et nylig syntetisert elektrolyttsalt de siste årene. Den har mange utmerkede egenskaper, nedbrytningstemperaturer 302 ° C, kan danne en stabil SEI-film i en negativ elektrode. Forbedre ytelsen til grafitt i den PC-baserte elektrolytiske løsningen, men dens viskositet er stor, impedansen til SEI-filmen dannet [14].

Dekomponeringstemperaturen til LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) er 360 ° C, og ioneledningsevnen ved normal temperatur er litt lavere enn LiPF6. Den elektrokjemiske stabiliteten er god, og oksidasjonspotensialet er ca. 5,0V, som er det mest organiske litiumsaltet, men det Alvorlig korrosjon av Al-basesett væske.

2.2.4 Polymerelektrolytt Mange vanlige litiumionbatterier bruker brennbare og flyktige karbonatløsningsmidler hvis en lekkasje sannsynligvis vil forårsake brann.

Dette er spesielt det kraftige litiumionbatteriet med høy kapasitet og høy energitetthet. I stedet for å bruke skruppelløse polymerelektrolytter i stedet for brennbare organiske flytende elektrolytter, kan det forbedre sikkerheten til litiumionbatterier betydelig. Forskningen på polymerelektrolytt, spesielt gel-type polymerelektrolytt, har gjort store fremskritt.

For tiden har den blitt brukt i kommersielle litium-ion-batterier. I henhold til polymerkroppsklassifiseringen er gelpolymerelektrolytten viktig med følgende tre kategorier: PAN-basert polymerelektrolytt, PMMA-polymerelektrolytt, PVDF-basert polymerelektrolytt. Imidlertid er gel-type polymerelektrolytt faktisk et resultat av et kompromiss mellom en tørr polymerelektrolytt og en flytende elektrolyttkompromiss, og gel-type polymerbatterier har fortsatt mye arbeid å gjøre.

2.3 Det positive materialet kan bestemme at det positive elektrodematerialet er ustabilt når ladetilstandsspenningen er over 4V, og det er lett å generere en varme oppløst i høye temperaturer for å dekomponere oksygen, oksygen og organiske løsemidler fortsetter å reagere en stor mengde varme og andre gasser, redusere sikkerheten til batteriet [2, 17-19]. Derfor anses reaksjonen mellom den positive elektroden og elektrolytten å være en viktig årsak til varme.

Når det gjelder det normale materialet, forbedre den vanlige metoden for sikkerhet er beleggmodifisering. For overflatebelegg av det positive elektrodematerialet med MgO, kan A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, etc., redusere reaksjonen av Die +-bakre positiv og elektrolytt samtidig som kromatografien til den positive elektroden reduseres, og hemme faseendringen til den positive elektrodesubstansen.

Forbedre dens strukturelle stabilitet, reduser forstyrrelsesmotstanden til kation i gitteret, og reduserer derved den sekundære reaksjonen i sirkulasjonsprosessen. 2.4 Karbonmateriale bruker for tiden et lavt spesifikt overflateareal, en høyere ladnings- og utladningsplattform, en liten lade- og utladningsplattform, en relativt høy termisk stabilitet, en relativt god termisk tilstand, en relativt høy termostabilitet, en relativt høy termostabilitet, en relativt høy termostabilitet.

Slik som mellomfase karbonmikrokuler (MCMB), eller Li9Ti5o12 med spinellstruktur, som er bedre enn den strukturelle stabiliteten til laminert grafitt [20]. Metoden for å forbedre ytelsen til karbonmateriale er viktig for overflatebehandling (overflateoksidasjon, overflatehalogenering, karbonbelegg, belegg av metall, metalloksid, polymerbelegg) eller innføring av metall- eller ikke-metallisk doping. 2.

5 Membranen som for tiden brukes i kommersielle litium-ion-batterier er fortsatt et polyolefinmateriale, og dets viktige ulemper er varme og elektrolytisk væskeinfiltrasjon er dårlig. For å overvinne disse defektene har forskerne prøvd mange måter, som å lete etter termiske stabilitetsmaterialer, eller legge til en liten mengde Al2O3 eller SiO2 nanopowdia, som ikke bare har en felles membran, men også har en termisk stabilitet av det positive elektrodematerialet. bruk.

MIAO et al, polyimid nano nonwoven fabrikasjon fremstilt ved elektrostatisk spinnemetode. DR- og TGA-lignende karakteriseringsmidler viser at den ikke bare kan opprettholde termisk stabilitet ved 500 ° C, men også ha bedre elektrolyttinfiltrasjon i forhold til CELGARD-membranen. WANG et al utarbeidet AL2O3-PVDF nanoskopisk mikroporøs membran, som viser gode elektrokjemiske egenskaper og termisk stabilitet, som tilfredsstiller bruken av litium-ion batteriseparatorer.

3 Oppsummering og ser frem til litium-ion-batterier for elektriske kjøretøy og energilagring, som er mye større enn lite elektronisk utstyr, og bruksmiljøet er mer komplisert. Oppsummert kan vi se at sikkerheten er langt fra å løse seg, og har blitt den nåværende tekniske flaskehalsen. Etterfølgende arbeid bør være i dybden med den termiske effekten som batteriet kan resultere i etter unormal drift, og finne en effektiv måte å forbedre sikkerhetsytelsen til litiumionbatterier.

For tiden er bruken av fluorholdige løsemidler og flammehemmende tilsetningsstoffer en viktig retning for å utvikle et litiumionbatteri av sikkerhetstype. Hvordan balansere elektrokjemisk ytelse og høytemperatursikkerhet vil være fremtidig forskningsfokus. For eksempel utvikles et høyytelses kompositt flammehemmende integrert integrert sett P, N, F og CL, og et organisk løsningsmiddel med et høyt kokepunkt, et høyt flammepunkt utvikles, og en elektrolytisk løsning med høy sikkerhetsytelse produseres.

Sammensatte flammehemmere, doble funksjonsadditiver vil også bli fremtidige utviklingstrender. Når det gjelder litiumionbatterielektrodematerialet, er de kjemiske overflateegenskapene til materialet forskjellige, graden av følsomhet til elektrodematerialet på ladnings- og utladningspotensialet er inkonsekvent, og det er umulig å bruke en eller begrenset flere elektrode/elektrolytt/tilsetningsstoffer til all batterikonstruksjon. Derfor bør vi i fremtiden fokusere på å utvikle forskjellige batterisystemer for spesifikke elektrodematerialer.

Samtidig utvikler det også et polymer litium-ion-batterisystem med høy sikkerhet eller utvikling av uorganisk fast elektrolytt med enkeltkation-ledende og rask ionetransport og høy termostabilitet. I tillegg er forbedring av ionisk væskeytelse, utvikling av enkle og billige syntetiske systemer også en viktig del av fremtidig forskning.