Dlaczego ciepło akumulatora jest niekontrolowane? Czy to jest powód zwarcia?

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Draagbare kragstasie verskaffer

Akumulator litowo-jonowy o mocy większej niż energia elektryczna jest obecnie ulubieńcem branży akumulatorowej, jednak im większa energia, tym inne jest bezpieczeństwo. Mechanizm awarii akumulatora jest również bardzo skomplikowany. Badając mechanizm kontroli termicznej akumulatora, można już było analizować reakcję termiczną pojedynczego modułu akumulatora, takiego jak katody, anody, membrany i elektrolity.

Na przykład kurczenie się membrany lub jej niepełne zamknięcie nieuchronnie spowoduje zwiększenie gęstości prądu, co doprowadzi do lokalnego przegrzania lub nawet utraty kontroli nad temperaturą akumulatora. Dlatego też przygotowanie membrany o wysokiej stabilizacji termicznej jest jednym ze sposobów na poprawę bezpieczeństwa akumulatora. Problemem jest jednak to, w jaki sposób stabilizująca wysoką gorączkę przepona rozwiązuje problem bezpieczeństwa akumulatora? Czy dzisiejszy, bardzo poszukiwany, całkowicie stały elektrolit (stały ceramiczny i polimerowy elektrolit zastępuje tradycyjną przeponę i elektrolit) może całkowicie zmniejszyć bezpieczeństwo akumulatora? Niedawno zespół Ouyang Ming Te z Uniwersytetu Qinghua wskazał, że projekt bezpieczeństwa akumulatora litowo-jonowego nie ma na celu jedynie poprawy bezpieczeństwa pojedynczego materiału, ale powinien zaczynać się od poziomu systemu.

Autor bierze pod uwagę czynniki poziomu naładowania akumulatora i poziomu materiału, a także bada mechanizm kontroli termicznej akumulatora litowo-jonowego. Badania przeprowadzono przy użyciu grafitu jako anody, pojedynczej warstwy krystalicznej Li0,5Mn0.

3CO0.2O2 (NMC532) to litowo-jonowy akumulator o pojemności 25aH, wykonany z włókniny PET/ceramicznej, w postaci przepony. Autorzy analizują gaz katodowy, przemianę strukturalną (fazową) i generowanie ciepła, gdy nie ma anody, gdy występuje stan aktywny, a katoda jest analizowana.

Proponuje się, że jeśli katoda uwalniająca O2 może reagować z anodą, będzie to poważny potencjalny problem bezpieczeństwa! W dwóch częściach eksperymentu mechanizmu bezpieczeństwa projektu autor najpierw przeprowadza test łukowy całej baterii, a następnie różnych komponentów baterii. Jednym z nich jest test EV-ARC, który rejestruje cały proces utraty ciepła przez akumulator i okazuje się, że temperatura utraty ciepła przez akumulator jest niższa od temperatury kurczenia się membrany, co wskazuje, że akumulator nie uległ uszkodzeniu z powodu awarii kanału. Zwarcie na dużym obszarze.

To pierwszy raport, w którym nie stwierdzono niekontrolowanego wzrostu temperatury w przypadku zwarcia wewnętrznego. Aby zbadać konkretne mechanizmy przewodzenia ciepła, zespół wykorzystuje technologię DSC do analizy przepływu ciepła (katoda, anoda, elektrolit i ich kombinacja) różnych komponentów akumulatora; wykorzystuje technologię XRD w wysokiej temperaturze online do określenia katody podczas nagrzewania i rozkładu termicznego. Ponadto autor wykorzystuje technologię synchronicznej analizy termicznej (DSC-TG) i spektrometrię mas (MS), wykrywając ciepło, utratę wagi i proces uwalniania gazu. Aby dodatkowo potwierdzić wniosek, autor szybko zamrozi ciekły azot w temperaturze 206 ¡ã C, po czym przeprowadzi serię kolejnych testów, w tym SEM, ICP-OES i XPS.

Rysunek 1 Podstawowe właściwości akumulatora litowo-jonowego: a. Wydajność cyrkulacyjna i sprawność Kuruna; b. Wydajność ultraszybka Akumulator litowo-jonowy charakteryzuje się dobrą wydajnością cykliczną i powiększenia.

Pojemność rozładowania w pierwszym tygodniu wynosi 25,04 Ah, po 292 tygodniach nadal wynosi 24,08 Ah, a wskaźnik utrzymania pojemności sięga 96%.

Nawet przy 4C pojemność wynosi 21,5 Ah. Rysunek 2 Pomiar niekontrolowanego wydzielania ciepła w akumulatorze litowo-jonowym za pomocą EV + ARC.

Mały obrazek przedstawia fazę autopilota (0-105 s), w której autorzy wykorzystują EV + ARC do monitorowania niekontrolowanego wzrostu temperatury akumulatora litowo-jonowego. T1 to początkowa temperatura samonagrzewania, T2 to temperatura niekontrolowana cieplnie (TR), T3 to najwyższa temperatura. T1 wynosi 115.

2 ¡ã C. Dokładny zapis działania urządzenia w tym procesie wzrostu temperatury (T1→T2) reakcja chemiczna będąca skutkiem ubocznym. Po pierwsze, rozkład filmu SEI anody powoduje, że anoda odsłonięta na działanie elektrolitu tworzy nowy film SEI, a ciepło jest również ciepłem; reakcja SEI jest stale powtarzana, co powoduje zanikanie składników nieorganicznych i wzrost składnika węglanowego powierzchni anody; zachodzi reakcja uboczna, powodująca wzrost temperatury do momentu osiągnięcia temperatury utraty ciepła TR (T2 = 231 ¡ã C).

W tym momencie wskaźnik temperatury akumulatora rośnie, a reakcja egzotermiczna jest wyjątkowo intensywna. Z akumulatora wydziela się duża ilość dymu; ponadto bardzo wyraźnie widać rozszerzalność objętościową akumulatora, co dowodzi, że egzotermiczną reakcją uboczną tego procesu jest reakcja gazowa. Po osiągnięciu temperatury T2 temperatura akumulatora w ciągu kilku sekund gwałtownie wzrasta do 815 °C, aby osiągnąć najwyższą wartość T3.

Rysunek 325AHSC-NMC532 / charakterystyka niekontrolowanego działania temperatury grafitu A. Związek pomiędzy szybkością utraty ciepła, szybkością wzrostu temperatury, napięciem akumulatora i rezystancją wewnętrzną oraz temperaturą bezwzględną; B. Przed utratą ciepła rezystancja wewnętrzna podąża za zmianą temperatury bezwzględnej (część rysunku). Gdy temperatura wymyka się spod kontroli, napięcie akumulatora zmienia się wraz ze zmianą temperatury bezwzględnej, co pozwala na dokładniejsze badanie wewnętrznej reakcji akumulatora.

Podczas testów autorzy rejestrują zmiany napięcia i rezystancji wewnętrznej w czasie rzeczywistym. Rysunek 3A przedstawia punkt zwrotny szybkości wzrostu temperatury, który następuje po 160 ¡ã C, T1 (115,2 ¡ã C), co jest związane z powtarzającym się tworzeniem SEI i rozkładem LiPF6. Proces ten przyspiesza produkcję ciepła i gazu.

Zmiana napięcia pokazuje, że występuje zjawisko termiczne (T2 = 231 ¡ã C), napięcie utrzymuje się powyżej 2,0 V, co dowodzi, że nie ma zwarcia. Zmiany rezystancji wewnętrznej akumulatora dzielą się na cztery fazy: etap I ( <145 ¡ã C), the internal resistance is slow to 22.

1M. Mniejsze uzależnienie; etap II (145-175 ¡ã C), opór wewnętrzny 22,1 m→143.

3m. Worek akumulatora pęka w temperaturze 145 ¡ã C, przyspieszając atak elektrolitu, powodując wzrost oporu wewnętrznego; wzrost impedancji katody zwiększa również opór wewnętrzny akumulatora; rozkład powierzchni anody SEi powoduje wzrost nowych składników nieorganicznych, zmniejszając przewodnictwo jonów, co również powoduje wzrost oporu wewnętrznego akumulatora; etap III (180231 ¡ã C), opór wewnętrzny 143,3 m→56.

5 milionów. Przed utratą ciepła następuje zmniejszenie oporu wewnętrznego na skutek rozpuszczenia metalu przejściowego i rozkładu soli litu, co zostanie potwierdzone później; etap IV (>231 ¡ã C), opór wewnętrzny 56,5 m→1011.

2m. Po utracie ciepła akumulator ulega zapłonowi, napięcie gwałtownie spada w ciągu kilku sekund, a rezystancja wewnętrzna gwałtownie wzrasta do 1011,2 m.

W tym momencie membrana ulega rozpadowi, a bateria ulega całkowitemu rozładowaniu. Rysunek 4 Struktura uszczelniająca z włókniny ceramicznej PET i stabilność termiczna: Tkaniny włókninowe ceramiczne PET po teście stabilności termicznej (temperatura pokojowa 450 ¡ã C), skanowanie SEM, temperatura pokojowa i morfologia w 450 ¡ã C oraz mapowanie pierwiastków. Po 500 ¡ã C w temperaturze pokojowej zanikł przepływ ciepła DSC i utrata masy TGA membrany, szybkość wzrostu temperatury wyniosła 10 ¡ã C/min; membrana z włókniny ceramicznej PET, ilustracja powiększonego zdjęcia SEM Al2O3; widok przekroju poprzecznego, cząstki Al2O3. Włókna włókniny PET owinięte konwencjonalną membraną PP, PE wykazały doskonałą stabilność termiczną. Jak pokazano na rysunku 4A, w temperaturze 230 °C przez 30 minut następuje jedynie bardzo niewielki skurcz cieplny (1.

2%). Jak pokazano na rysunku 4B, PET ulega stopieniu przy przenoszeniu ciepła w temperaturze 257 ¡ã C, a degradacji towarzyszącej wadze przy temperaturze 432 ¡ã C. Wyniki SEM przedstawione na rysunku 4C wskazują, że nanowłókna PET są osadzone w cząsteczkach ceramicznych, a nie w dwustronnej powłoce z cząstek ceramicznych.

Przekrój SEM z ryciny 4C wskazuje, że przepona ma średnicę 19.5μM Rysunek 5 Przeprowadź test przewodzenia ciepła każdego komponentu akumulatora w stanie naładowania za pomocą DSC: a. Gdy obecny jest roztwór elektrolityczny, elektroda ładunkowa (Ce); b.

W obecności elektrolitu, elektroda ładunkowa. Anoda; katoda CA; elektrolit ELE; elektroda ładowarki CE Rysunek 5a pokazuje, że katoda i anoda są znacznie mniej generowanym ciepłem niż katoda i współistnienie anody; Rysunek 5B pokazuje, że obecność lub brak elektrolitu nie ma znaczącego wpływu. Dlatego też niezależnie od obecności elektrolitu, wymieszaj katodę i anodę, będzie dużo ciepła.

Autor spekuluje, że istnieje wzajemne wykorzystanie katody i anody, co może być reakcją chemiczną. Rysunek 6 Przemiany strukturalne, generowanie ciepła i uwalnianie O2 z materiału katody ładunkowej: a. Wysokotemperaturowa XRDB.

W różnych temperaturach mierzone jest ciepło i uwalnianie w systemie DSC i TGA-MS, przy czym w wysokiej temperaturze NMC ditodu nie jest stabilny, uwalnianiu O2 towarzyszy przemiana strukturalna. Autor spekuluje, że przyczyną braku kontroli termicznej jest utrata wzajemnego wykorzystania O2 i anody. Rysunek 6A pokazuje, że NMC 532 zaczyna zmieniać przejście struktury warstwowej w strukturę spinelu w temperaturze 350 °C i utrzymuje się do 350 °C.

Rysunek 6B pokazuje, że krzywa MS badania krzywych DSC pod wpływem ciepła i uwalniania O2 jest zgodna ze zmiennością strukturalną, a pik występuje przy 276 ¡ã C, co oznacza poważną przemianę fazową. Rysunek 7 przedstawia interferencję między katodą stanu naładowania i anodą między poziomem reakcji chemicznej: oddzielna katoda ładowania, szczyt silnego uwalniania tlenu; jednak gdy katoda i anoda stanu naładowania są obecne, zasadniczo nie ma dozowania. Jednak w tym samym przedziale temperatur produkcja ciepła jest znacznie większa, a stan naładowania jest uwalniany w wysokich temperaturach w oparciu o wzajemny schemat interferencji reakcji chemicznej, a uwalniana jest tylko niewielka ilość ciepła; gdy występuje anoda, ciepło O2 jest niekontrolowane. Dlatego też, w trosce o bezpieczeństwo mechanicznego systemu akumulatora litowego, układ zarządzania temperaturą powinien interweniować zanim nastąpi utrata kontroli nad temperaturą, w przeciwnym razie trudno będzie zapobiec wybuchowi akumulatora, nawet jeśli ciekły azot ma najsilniejszą funkcję odprowadzania ciepła.

Rysunek 8 Podczas występowania utraty ciepła, charakterystyka ciekłego azotu jest zamrażana przez ciekły azot, krzywa zmiany ciekłego azotu, temperatury baterii i napięcia jest dodawana przy 206 ¡ã C, a ilustracja przedstawia powierzchnię przednią (I) i powierzchnię boczną baterii po schłodzeniu ciekłym azotem (II) Zdjęcie; struktura laminowana typu Z i bateria po schłodzeniu w ciekłym azocie w temperaturze 206 ¡ã C, zdjęcie ciekłego azotu w wewnętrznej katodzie, anodzie i membranie, szybko spada do -100 ¡ã C w baterii o temperaturze 206 ¡ã C, chociaż bok torby przed baterią jest usztywniony (rysunek 8A). Rysunek 8B przedstawia rozłożony moduł baterii, nie widać na nim żadnych dziur ani uszkodzeń, co wskazuje, że utrzymuje on stabilność napięcia i skutecznie zapobiega zwarciom; powierzchnia katody i odpowiadająca jej membrana są czarnym pasem, na którym znajduje się osad metali przejściowych Ni, CO, MN. Brak oznak.