Avanços na pesquisa sobre perda térmica de carga de bateria de lítio

Автор: Iflowpower – Портативті электр станциясының жеткізушісі

Resumo: Resumo dos últimos avanços e perspectivas de desenvolvimento para pesquisa de baterias de íons de lítio de alta segurança. Importante a partir da estabilidade de alta temperatura de eletrólitos e eletrodos, as causas da instabilidade térmica das baterias de íons de lítio e seus mecanismos esclareceram que o sistema de bateria de íons de lítio comercial existente é inadequado em altas temperaturas, propõe-se desenvolver eletrólitos de alta temperatura, modificações positivas e negativas e gerenciamento de bateria externa, etc. para projetar baterias de íons de lítio de alta segurança.

Perspectivas sobre o desenvolvimento da perspectiva técnica do desenvolvimento de baterias de íons de lítio seguras. 0 Introdução As baterias de íons de lítio se tornaram um representante típico de um novo tipo de energia devido ao seu baixo custo, alto desempenho, alta potência e ambiente verde, amplamente utilizadas em produtos digitais 3C, energia móvel e ferramentas elétricas. Nos últimos anos, devido à intensificação da poluição ambiental e à orientação política nacional, o mercado de veículos elétricos aumentou a demanda por baterias de íons de lítio. No processo de desenvolvimento de sistemas de baterias de íons de lítio de alta potência, as questões de segurança da bateria atraíram muita atenção. Os problemas existentes precisam ser resolvidos com urgência.

A mudança de temperatura do sistema de bateria é determinada pelo surgimento de calor e distribuído por dois fatores. A ocorrência de calor na bateria de íons de lítio é importante e é causada pela reação entre a decomposição térmica e o material da bateria. Reduz o calor do sistema de bateria e melhora o desempenho do sistema anti-alta temperatura, o sistema de bateria é seguro.

E pequenos equipamentos portáteis, como telefones celulares, a capacidade da bateria do laptop é geralmente menor que 2AH, e a capacidade da bateria de íons de lítio do tipo de energia usada em veículos elétricos é geralmente maior que 10ah, e a temperatura local é frequentemente superior a 55 ° C durante a operação normal, e a temperatura interna atingirá 300 ° C, sob altas temperaturas ou condições de carga e descarga de grande taxa, o aumento do calor e da temperatura do solvente orgânico de inflamabilidade causará uma série de reações colaterais, eventualmente levando ao descontrole térmico e à combustão ou explosão da bateria [3]. Além de seus próprios fatores de resposta química, algumas pessoas têm um curto-circuito causado por superaquecimento, ultrapassagem e impacto mecânico, alguns fatores artificiais também podem levar à ocorrência de uma bateria de íons de lítio para causar acidentes de segurança. Portanto, é importante estudar e melhorar o desempenho em altas temperaturas das baterias de íons de lítio.

1 Análise da causa do descontrole térmico da bateria de íons de lítio é importante porque a temperatura interna da bateria aumenta. Atualmente, o sistema eletrolítico mais amplamente utilizado em baterias comerciais de íons de lítio é uma solução mista de carbonato de LiPF6. Esse solvente tem alta volatilidade, baixo ponto de fulgor e é muito fácil de queimar.

Quando o curto-circuito interno é causado por colisão ou deformação, uma grande taxa de carga e descarga e ultrapassagem, haverá muito calor, resultando no aumento da temperatura da bateria. Ao atingir uma determinada temperatura, uma série de reações de decomposição farão com que o equilíbrio térmico da bateria seja destruído. Quando o calor liberado por essas reações químicas não pode ser evacuado a tempo, isso agrava a progressão da reação e desencadeia uma série de reações secundárias de autoaquecimento.

A temperatura da bateria aumenta bruscamente, ou seja, "descontrole térmico", levando eventualmente à queima da bateria, e até mesmo uma explosão grave ocorre. Em geral, a causa do descontrole térmico da bateria de íons de lítio é importante na instabilidade térmica do eletrólito, bem como na instabilidade térmica do eletrólito e na coexistência de eletrodos positivos e negativos. Atualmente, em um aspecto amplo, a segurança das baterias de íons de lítio é importante, desde o gerenciamento externo até o design interno para controlar a temperatura interna, a voltagem e a pressão do ar para atingir objetivos de segurança.

2 Resolva a estratégia de descontrole térmico 2. Gerenciamento externo 1) Componente PTC (coeficiente de temperatura positivo): Instale o componente PTC em uma bateria de íons de lítio, que considera a pressão e a temperatura dentro da bateria e, quando a bateria é aquecida por sobrecarga, a resistência da bateria aumenta para limitar a corrente, e a tensão entre os polos positivo e negativo é reduzida para uma tensão segura para realizar a função de proteção automática da bateria. 2) Válvula à prova de explosão: quando a bateria é muito grande devido a uma anormalidade, a válvula à prova de explosão é deformada, que será colocada dentro da bateria a ser conectada, parando de carregar.

3) Eletrônicos: 2 a 4 baterias podem embelezar o design do circuito eletrônico com protetor de íons de lítio, evitar sobrecarga e descarga excessiva, evitar acidentes de segurança e prolongar a vida útil da bateria. É claro que esses métodos de controle externo têm um certo efeito, mas esses dispositivos adicionais aumentaram a complexidade e o custo de produção da bateria e não podem resolver completamente o problema de segurança da bateria. Portanto, é necessário estabelecer um mecanismo de proteção de segurança intrínseca.

2.2 Melhorando o eletrólito eletrólito eletrólito como uma bateria de íons de lítio, a natureza do eletrólito determina diretamente o desempenho da bateria, a capacidade da bateria, a faixa de temperatura operacional, o desempenho do ciclo e o desempenho de segurança são importantes. Atualmente, nos sistemas comerciais de soluções eletrolíticas de baterias de íons de lítio, a composição mais amplamente utilizada é LIPF6, carbonato de vinila e carbonato linear.

A parte frontal é um ingrediente indispensável, e seu uso também tem algumas limitações em termos de desempenho da bateria. Ao mesmo tempo, uma grande quantidade de solvente de carbonato de baixo ponto de ebulição e baixo ponto de fulgor é usada no eletrólito, que estará em temperaturas mais baixas. Flash, há um grande risco de segurança.

Portanto, muitos pesquisadores tentam melhorar o sistema eletrolítico para melhorar o desempenho de segurança dos eletrólitos. No caso em que o material do corpo principal da bateria (incluindo o material do eletrodo, o material do diafragma, o material do eletrólito) não muda em um curto período de tempo, a estabilidade do eletrólito é uma maneira importante de aumentar a segurança das baterias de íons de lítio. 2.

2.1 Aditivos funcionais Os aditivos funcionais têm menor dosagem e característica direcionada. Ou seja, pode melhorar significativamente certo desempenho macroscópico da bateria sem alterar o processo de produção, sem alterar ou substancialmente nenhum custo de bateria nova.

Portanto, os aditivos funcionais se tornaram um ponto importante nas baterias de íons de lítio atuais, que são um dos caminhos mais promissores que atualmente são a solução patogênica mais promissora do eletrólito da bateria de íons de lítio. O uso básico do aditivo é evitar que a temperatura da bateria fique muito alta e a voltagem da bateria fique limitada à faixa de controle. Portanto, o projeto do aditivo também é considerado sob a perspectiva da temperatura e do potencial de carga.

Aditivo retardante de chamas: O aditivo retardante de chamas também pode ser dividido em aditivos retardantes de chamas de fósforo orgânico, um aditivo retardante de chamas composto contendo nitrogênio, um aditivo retardante de chamas à base de silício e um aditivo retardante de chamas composto. 5 categorias importantes. Retardante de chamas de fosforescente orgânico: Importantes incluem alguns compostos de fosfato de alquila, fosfito de alquila, fosfato fluorado e fosfato nitrila.

O mecanismo retardador de chamas é importante para a reação em cadeia das moléculas retardadoras de chamas que interferem nos radicais livres de hidrogênio, também conhecido como mecanismo de captura de radicais livres. A decomposição por gaseificação aditiva libera radicais livres contendo fósforo, a capacidade dos radicais livres de encerrar uma reação em cadeia. Retardante de chama de fosfato: Importante fosfato, fosfato de trietila (TEP), fosfato de tributila (TBP), etc.

Composto de fosfato nitrila, como hexametilfosfazeno (HMPN), alquil fosfito, como trimetil fosfito (TMPI), três - (2,2,2-trifluoroetil), fosfito (TT- FP), éster de ácido fluorado, como três- (2,2,2-trifluoroetil) fosfato (TFP), di- (2,2,2-trifluoroetil) -metil fosfato (BMP), (2,2,2-trifluoroetil) - dietil fosfato (TDP), fenilfosfato (DPOF), etc. é um bom aditivo retardante de chamas. O fosfato normalmente tem uma viscosidade relativamente alta, baixa estabilidade eletroquímica e a adição do retardante de chama também tem um efeito negativo na condutividade iônica do eletrólito e na reversibilidade da circulação do eletrólito, ao mesmo tempo em que aumenta a refratividade do eletrólito.

Geralmente é: 1 teor de carbono de novos grupos alquila; 2 grupo aromático (fenil) substituído por grupo alquila; 3 forma uma estrutura cíclica de fosfato. Material orgânico halogenado (solvente halogenado): retardante de chamas orgânico halogênico é importante para gripe gripe gripe. Após H ser substituído por F, suas propriedades físicas mudam, como diminuição do ponto de fusão, diminuição da viscosidade, melhora da estabilidade química e eletroquímica, etc.

O retardante de chama halogênico orgânico é importante para incluir carbonatos fluorocíclicos, carbonatos de cadeia fluorada e éter alquil-perfluorodecano, etc. OHMI e outros compostos de flúor contendo flúor e éter fluoroetílico comparativos mostraram que a adição de 33,3% (fração de volume) 0.

O eletrólito 67 mol/lliclo4/Ec + DEC + PC (razão de volume 1:1:1) tem um ponto de fulgor mais alto, o potencial de redução é maior do que o solvente orgânico EC, DEC e PC, o que pode formar rapidamente um filme SEI na superfície do grafite natural, melhorando a primeira carga e descarga da eficiência e capacidade de descarga de Cullen. O flúor em si não tem o uso da função de captura de radicais livres do retardante de chamas descrito acima, apenas para diluir co-solventes altamente voláteis e inflamáveis, então apenas a proporção de volume no eletrólito é principalmente (70%) quando o eletrólito não é inflamável. Retardante de chama composto: O retardante de chama composto atualmente usado no eletrólito tem um composto PF e um composto de classe NP, substâncias representativas têm um importante hexametilfosforeto (HMPA), fluorofosfato, etc.

O retardante de chamas exerce efeito retardante de chamas pelo uso sinérgico de dois elementos retardantes de chamas. FEI et al. Propõe dois retardantes de chama NP MEEP e MEE, e sua fórmula molecular é mostrada na Figura 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, o eletrólito pode reduzir a inflamabilidade em 90%, e a condutividade pode atingir 2,5 × 10-3S / cm. 2) Aditivo sobrecarregado: Uma série de reações ocorrem quando a bateria de íons de lítio é sobrecarregada.

O componente eletrolítico (o solvente é importante) interfere na superfície das reações de decomposição oxidativa na superfície do eletrodo positivo, o gás é gerado e a quantidade de calor é liberada, resultando no aumento da pressão interna da bateria e no aumento da temperatura, e a segurança da bateria é seriamente afetada. Do mecanismo de propósito, o aditivo de proteção overchaul é importante para o tipo de poder de decapagem oxidativa e dois tipos de tipo de polimerização elétrica. Quanto ao tipo de aditivo, ele pode ser dividido em haleto de lítio, composto de metaloceno.

Atualmente, um adaprase adicional adicional adicional sobrecarregado (BP) e ciclohexilbenzeno (CHB) em aditivos anti-overchard redox são o princípio quando a tensão de carga excede a tensão de corte normal, o aditivo começa no eletrodo positivo. Na reação de oxidação, o produto da oxidação se difunde para o eletrodo negativo e ocorre a reação de redução. A oxidação é fechada entre os polos positivo e negativo, absorvendo o excesso de carga.

Suas substâncias representativas têm um ferroceno e seu derivado, o ferrídeo 2,2-piridina e um complexo de glenolina 1,10-adjacente, derivado de tiol. Bloco de polimerização aditivo anti-enchimento. Substâncias representativas incluem ciclohexilbenzeno, bifenil e outras substâncias.

Quando o bifenil é usado como um aditivo pré-carregado, quando a voltagem atinge 4,5 a 4,7 V, o bifenil adicionado é polimerizado eletroquimicamente, formando uma camada de filme condutor na superfície do eletrodo positivo, aumentando a resistência interna da bateria, limitando assim a proteção da corrente de carga da bateria.

2.2.2 O eletrólito íon líquido é composto completamente de yin e cátion.

Como os íons intermediários ou volumes catiônicos são fracos, o intermediário é fraco, a distribuição de elétrons é irregular e o oan-censoon pode ser livre para se mover à temperatura ambiente, que é líquida. Pode ser dividido em imidazol, pirazol, piridina, sal de amônio quaternário, etc. Em comparação com o solvente orgânico comum das baterias de íons de lítio, os líquidos iônicos têm 5 vantagens: 1 alta estabilidade térmica, 200 ° C não pode se decompor; 2 pressão de vapor é quase 0, não precisa se preocupar com a bateria; 3 líquido iônico não é fácil de queimar Não é corrosivo; 4 tem alta condutividade elétrica; 5 estabilidade química ou eletroquímica é boa.

AN ou similares formam PP13TFSI e 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) em um eletrólito, o que pode atingir efeitos completamente não combustíveis, e adicionar 2% em peso de aditivo liboB neste sistema para melhorar significativamente a compatibilidade da interface. O único problema que precisa ser resolvido é a condutividade do íon no sistema eletrolítico. 2.

2.3 Selecionando a estabilidade térmica do sal de lítio hexafluorofosfato (LiPF6) é um sal de lítio eletrólito amplamente utilizado em uma bateria de íons de lítio. Embora sua natureza única não seja a ideal, seu desempenho geral é o mais vantajoso.

No entanto, o LiPF6 também tem suas desvantagens, por exemplo, o LiPF6 é quimicamente e termodinamicamente instável, e a reação ocorre: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), a reação gerada pelo PF5 é fácil de atacar o solvente orgânico no átomo de oxigênio Solitário para elétrons, resultando na polimerização em circuito aberto e ligações éter do solvente, esta reação é particularmente grave em altas temperaturas. A pesquisa atual sobre sais eletrolíticos de alta temperatura está concentrada em campos de sais de lítio orgânicos. Substâncias representativas são importantes com sais à base de boro e sais de lítio à base de imina.

LIB (C2O4) 2 (liboB) é um sal eletrolítico recentemente sintetizado nos últimos anos. Possui muitas propriedades excelentes, decompondo-se em temperaturas de 302 °C, podendo formar uma película SEI estável em um eletrodo negativo. Melhora o desempenho do grafite na solução eletrolítica baseada em PC, mas sua viscosidade é grande, a impedância do filme SEI formado [14].

A temperatura de decomposição do LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) é de 360 ​​° C, e a condutividade iônica em temperatura normal é ligeiramente menor que a do LiPF6. A estabilidade eletroquímica é boa e o potencial de oxidação é de cerca de 5,0 V, que é o sal de lítio mais orgânico, mas causa corrosão grave do fluido de base Al.

2.2.4 Eletrólito de polímero Muitas baterias de íons de lítio comuns usam solventes de carbonato inflamáveis ​​e voláteis, caso haja probabilidade de um vazamento causar incêndio.

Esta é especialmente a poderosa bateria de íons de lítio de alta capacidade e alta densidade de energia. Em vez de usar eletrólitos de polímero inescrupulosos em vez de eletrólitos líquidos orgânicos inflamáveis, ele pode melhorar significativamente a segurança das baterias de íons de lítio. A pesquisa de eletrólitos poliméricos, especialmente eletrólitos poliméricos do tipo gel, fez grande progresso.

Atualmente, ele tem sido usado com sucesso em baterias comerciais de íons de lítio. De acordo com a classificação do corpo do polímero, o eletrólito de polímero em gel é importante nas três categorias a seguir: eletrólito de polímero baseado em PAN, eletrólito de polímero PMMA, eletrólito de polímero baseado em PVDF. No entanto, o eletrólito de polímero do tipo gel é, na verdade, o resultado de um compromisso entre um eletrólito de polímero seco e um eletrólito líquido, e as baterias de polímero do tipo gel ainda têm muito trabalho a fazer.

2.3 O material positivo pode determinar que o material do eletrodo positivo é instável quando a tensão do estado de carga está acima de 4 V, e é fácil gerar um calor dissolvido em altas temperaturas para decompor oxigênio, oxigênio e solventes orgânicos continuam a reagir uma grande quantidade de calor e outros gases, reduzindo a segurança da bateria [2, 17-19]. Portanto, a reação do eletrodo positivo e do eletrólito é considerada uma causa importante de calor.

Em relação ao material normal, melhorar o método comum de sua segurança é a modificação do revestimento. Para o revestimento de superfície do material do eletrodo positivo com MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, etc., pode reduzir a reação do Die +-positivo traseiro e eletrólito, ao mesmo tempo em que reduz a cromatografia do eletrodo positivo, inibindo a mudança de fase da substância do eletrodo positivo.

Melhora sua estabilidade estrutural, reduz a resistência à desordem do cátion na rede, reduzindo assim a reação secundária do processo de circulação. 2.4 O material de carbono atualmente usa uma área de superfície específica baixa, uma plataforma de carga e descarga mais alta, uma plataforma de carga e descarga pequena, uma estabilidade térmica relativamente alta, um estado térmico relativamente bom, uma termoestabilidade relativamente alta, uma termoestabilidade relativamente alta, uma termoestabilidade relativamente alta.

Como microesferas de carbono de fase intermediária (MCMB) ou Li9Ti5o12 de estrutura espinélio, que é melhor do que a estabilidade estrutural do grafite laminado [20]. O método de melhoria atual do desempenho do material de carbono é importante para o tratamento de superfície (oxidação de superfície, halogenação de superfície, revestimento de carbono, revestimento de metal, óxido de metal, revestimento de polímero) ou introdução de dopagem metálica ou não metálica. 2.

5 O diafragma atualmente aplicado em baterias comerciais de íons de lítio ainda é um material poliolefínico, e suas desvantagens importantes são a infiltração de fluido eletrolítico quente e ruim. Para superar esses defeitos, os pesquisadores tentaram muitas maneiras, como procurar materiais com estabilidade térmica ou adicionar uma pequena quantidade de nanopódio de Al2O3 ou SiO2, que não só tem um diafragma comum, mas também tem uma estabilidade térmica do material do eletrodo positivo. usar.

MIAO et al, fabricação de nano não-tecidos de poliimida preparados pelo método de fiação eletrostática. Caracterização semelhante a DR e TGA mostra que ele não só consegue manter a estabilidade térmica a 500 °C, mas também tem melhor infiltração de eletrólitos em relação ao diafragma CELGARD. WANG et al prepararam uma membrana microporosa nanoscópica AL2O3-PVDF, que exibe boas propriedades eletroquímicas e estabilidade térmica, satisfazendo o uso de separadores de bateria de íons de lítio.

3 Resumo e expectativa de baterias de íons de lítio para veículos elétricos e armazenamento de energia, que são muito maiores do que pequenos equipamentos eletrônicos, e o ambiente de uso é mais complicado. Em resumo, podemos ver que sua segurança está longe de ser resolvida e se tornou o atual gargalo técnico. O trabalho subsequente deve se aprofundar no efeito térmico que a bateria pode causar após operação anormal e encontrar uma maneira eficaz de melhorar o desempenho de segurança da bateria de íons de lítio.

Atualmente, o uso de solventes contendo flúor e aditivos retardantes de chamas é uma direção importante para o desenvolvimento de uma bateria de íons de lítio do tipo seguro. Como equilibrar o desempenho eletroquímico e a segurança em altas temperaturas será o foco de pesquisas futuras. Por exemplo, um conjunto integrado integral retardante de chamas composto de alto desempenho P, N, F e CL é desenvolvido, e um solvente orgânico com alto ponto de ebulição, alto ponto de fulgor é desenvolvido, e uma solução eletrolítica de alto desempenho de segurança é produzida.

Retardantes de chamas compostos e aditivos de dupla função também se tornarão tendências de desenvolvimento futuro. Em relação ao material do eletrodo da bateria de íons de lítio, as propriedades químicas da superfície do material são diferentes, o grau de sensibilidade do material do eletrodo no potencial de carga e descarga é inconsistente e é impossível usar um ou vários eletrodos/eletrólitos/aditivos limitados para todos os projetos estruturais da bateria. Portanto, no futuro, devemos nos concentrar no desenvolvimento de diferentes sistemas de baterias para materiais de eletrodos específicos.

Ao mesmo tempo, também está desenvolvendo um sistema de bateria de íons de lítio de polímero com alta segurança ou o desenvolvimento de eletrólito sólido inorgânico com condutividade de cátion único e transporte rápido de íons e alta termoestabilidade. Além disso, melhorar o desempenho dos líquidos iônicos e desenvolver sistemas sintéticos simples e baratos também é uma parte importante da pesquisa futura.