Progrese în cercetarea pierderii termice a bateriei cu litiu de încărcare

Автор: Iflowpower – Портативті электр станциясының жеткізушісі

Rezumat: Rezumat al celor mai recente progrese și perspective de dezvoltare pentru cercetarea bateriilor litiu-ion de înaltă securitate. Important din stabilitatea la temperatură ridicată a electroliților și electrozilor, cauzele instabilității termice a bateriilor litiu-ion și mecanismele acestora au clarificat faptul că sistemul comercial existent de baterii litiu-ion este inadecvat la temperaturi ridicate, propune dezvoltarea electroliților de temperatură înaltă, modificări pozitive și negative și managementul bateriei externe, etc. pentru a proiecta baterii litiu-ion de înaltă securitate.

Perspective privind dezvoltarea perspectivei tehnice a dezvoltării bateriilor de siguranță litiu-ion. 0 Introducere Bateriile cu ioni de litiu devin un reprezentant tipic al unui nou tip de energie datorită costului scăzut, performanței ridicate, de mare putere și mediului ecologic, utilizate pe scară largă în produsele digitale 3C, puterea mobilă și instrumentele electrice. În ultimii ani, din cauza intensificării poluării mediului și a orientărilor politicii naționale, piața vehiculelor electrice bazate pe vehicule electrice a crescut cererea de baterii litiu-ion, în procesul de dezvoltare a sistemelor de baterii litiu-ion de mare putere, problemele de siguranță ale bateriei au atras o atenție extinsă, problemele existente trebuie rezolvate urgent în continuare.

Schimbarea temperaturii sistemului de baterii este determinată de apariția căldurii și distribuie doi factori. Apariția căldurii bateriei cu litiu-ion este importantă este cauzată de reacția dintre descompunerea termică și materialul bateriei. Reduceți căldura sistemului de baterii și îmbunătățiți sistemul de performanță anti-temperatură ridicată, sistemul de baterii este sigur.

Și echipamente portabile mici, cum ar fi telefoanele mobile, capacitatea bateriei laptopului este în general mai mică de 2 Ah, iar capacitatea bateriei litiu-ion de tip putere utilizată în vehiculele electrice este în general mai mare de 10 Ah, iar temperatura locală este adesea mai mare de 55 ° C în timpul funcționării normale, iar temperatura internă va ajunge la 300 ° C. conducând în cele din urmă la scăderea sub control termic și arderea bateriei sau explozie [3]. În plus față de propriii factori de răspuns chimic, unii oameni au un scurtcircuit cauzat de supraîncălzire, depășire și impact mecanic, unii factori artificiali pot duce, de asemenea, la apariția unei baterii litiu-ion pentru a provoca accidente de siguranță. Prin urmare, este important să studiem și să îmbunătățim performanța la temperatură ridicată a bateriilor litiu-ion.

1. Analiza cauzei scăderii termice a scăderii termice a bateriei cu litiu-ion este importantă deoarece temperatura internă a bateriei crește. În prezent, cel mai utilizat sistem de electroliți în bateriile comerciale cu ioni de litiu este o soluție mixtă de carbonat de LiPF6. Un astfel de solvent are volatilitate ridicată, punct de aprindere scăzut, foarte ușor de ardet.

Când scurtcircuitul intern cauzat de coliziune sau deformat, o rată mare de încărcare și descărcare și depășire, va exista o mulțime de căldură, ceea ce duce la creșterea temperaturii bateriei. La atingerea unei anumite temperaturi, o serie de reacții de descompunere vor duce la distrugerea echilibrului termic al bateriei. Atunci când căldura eliberată de aceste reacții chimice nu poate fi evacuată în timp, aceasta va exacerba progresia reacției și va declanșa o serie de reacții secundare de autoîncălzire.

Temperatura bateriei crește brusc, adică „termic scăpat de sub control”, ducând în cele din urmă la arderea bateriei și chiar și o explozie are loc grav. În general, cauza scăderii termice a bateriei litiu-ion este importantă în instabilitatea termică a electrolitului, precum și instabilitatea termică a electrolitului și coexistența electrodului pozitiv și negativ. În prezent, dintr-un aspect mare, siguranța bateriilor litiu-ion este importantă din managementul extern și proiectarea internă pentru a controla temperatura internă, tensiunea și presiunea aerului pentru a atinge scopuri de siguranță.

2 Rezolvați strategia de scăpare termică a controlului 2. Management extern 1) Componenta PTC (coeficient de temperatură pozitiv): Instalați componenta PTC într-o baterie litiu-ion, care ia în considerare presiunea și temperatura din interiorul bateriei, iar când bateria este încălzită prin supraîncărcare, bateria este de 10 Rezistența crește pentru a limita curentul, iar tensiunea dintre polii pozitiv și negativ este redusă la o tensiune sigură pentru a realiza funcția de protecție automată a bateriei. 2) Supapă antiexplozie: Când bateria este prea mare din cauza anormalelor, supapa antiexplozie este deformată, care va fi plasată în interiorul bateriei care urmează să fie conectată, opriți încărcarea.

3) Electronică: 2 ~ 4 pachete de baterii pot îngloba designul circuitului electronic de protecție cu ioni de litiu, pot preveni supraîncărcarea și descărcarea excesivă, pot preveni accidentele de siguranță, extinde durata de viață a bateriei. Desigur, aceste metode de control extern au un anumit efect, dar aceste dispozitive suplimentare au adăugat complexitatea și costul de producție al bateriei și nu pot rezolva complet problema siguranței bateriei. Prin urmare, este necesar să se stabilească un mecanism de protecție de siguranță intrinsecă.

2.2 Îmbunătățirea electrolitului electrolit ca o baterie cu ioni de litiu, natura electrolitului determină direct performanța bateriei, capacitatea bateriei, intervalul de temperatură de funcționare, performanța ciclului și performanța de siguranță sunt importante. În prezent, sistemele comerciale de soluții electrolitice de baterii litiu-ion, cea mai utilizată compoziție este LIPF6, carbonat de vinil și carbonat liniar.

Fața este un ingredient indispensabil, iar utilizarea lor are și unele limitări în ceea ce privește performanța bateriei. În același timp, în electrolit este utilizată o cantitate mare de solvent cu punct de aprindere scăzut, cu punct de fierbere scăzut, care va fi la temperaturi mai scăzute. Flash, există un mare pericol pentru siguranță.

Prin urmare, mulți cercetători încearcă să îmbunătățească sistemul de electroliți pentru a îmbunătăți performanța de siguranță a electroliților. În cazul în care materialul corpului principal al bateriei (inclusiv materialul electrodului, materialul diafragmei, materialul electrolit) nu se schimbă într-o perioadă scurtă de timp, stabilitatea electrolitului este o modalitate importantă de a spori siguranța bateriilor cu ioni de litiu. 2.

2.1 Aditivii cu funcții aditive funcționale au o doză mai mică, caracteristică țintită. Adică, poate îmbunătăți în mod semnificativ anumite performanțe macroscopice ale bateriei fără a modifica procesul de producție fără a modifica sau în mod substanțial niciun cost nou al bateriei.

Prin urmare, aditivii funcționali au devenit un punct fierbinte în bateria litiu-ion de astăzi, care este una dintre cele mai promițătoare căi care sunt în prezent cea mai promițătoare soluție patogenă a electrolitului bateriei litiu-ion. Utilizarea de bază a aditivului este de a preveni ca temperatura bateriei să fie prea mare, iar tensiunea bateriei este limitată la domeniul de control. Prin urmare, designul aditivului este luat în considerare și din perspectiva temperaturii și a potențialului de încărcare.

Aditiv ignifug: aditivul ignifug poate fi, de asemenea, împărțit în aditivi organici ignifugă de fosfor, un aditiv ignifug compus care conține azot, un aditiv ignifug pe bază de siliciu și un aditiv compozit ignifug. 5 categorii importante. Fosforcelul organic ignifug: importante includ unii compuși de alchil fosfat, alchil fosfit, fosfat fluorurat și fosfat nitril.

Mecanismul ignifug este important pentru reacția în lanț a moleculelor ignifuge care interferează cu radicalii liberi de hidrogen, cunoscut și ca mecanism de captare a radicalilor liberi. Descompunerea prin gazeificare aditivă eliberează radicali liberi care conțin fosfor, abilitatea radicalilor liberi de a termina o reacție în lanț. Fosfat ignifug: fosfat important, fosfat de trietil (TEP), fosfat de tributil (TBP), etc.

Compus fosfat nitril, cum ar fi hexametil fosfazen (HMPN), alchil fosfit, cum ar fi trimetil fosfit (TMPI), trei-(2,2,2-trifluoretil), fosfit (TT-FP), ester al acidului fluorurat, cum ar fi trei-(2,2,2-trifluoretil) fosfat (TFP), di-(2,2,2-trifluoretil), di-(trifluoroetil) fosfat,) (BMP), (2,2,2-trifluoretil) - dietil fosfat (TDP), fenilfosfat (DPOF) etc. este un bun aditiv ignifug. Fosfatul are în mod obișnuit o vâscozitate relativ mare, o stabilitate electrochimică slabă, iar adăugarea de ignifug are, de asemenea, un efect negativ asupra conductivității ionice a electrolitului și a reversibilității în circulație a electrolitului, crescând în același timp refracția electrolitului.

Este în general: 1 conținut de carbon al grupărilor alchil noi; 2 grupări aromatice (fenil) grupare alchil substituită; 3 formează o structură ciclică fosfat. Material organic halogenat (solvent halogenat): ignifugul organic halogen este important pentru gripa gripa gripa. După ce H este înlocuit cu F, proprietățile sale fizice s-au schimbat, cum ar fi scăderea punctului de topire, scăderea vâscozității, îmbunătățirea stabilității chimice și electrochimice etc.

Ignifugul organic halogenic este important pentru a include carbonați fluorociclici, carbonați cu lanț fluor și eter alchil-perfluorodecan etc. OHMI și alți compuși de fluorură care conțin fluorură de eter fluororetil comparativ au arătat că adăugarea a 33,3% (fracție de volum) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (raport de volum 1: 1: 1) electrolitul are un punct de aprindere mai mare, potențialul de reducere este mai mare decât solventul organic EC, DEC și PC, care poate forma rapid o peliculă SEI pe suprafața grafitului natural, îmbunătățind prima încărcare și descărcarea eficienței Cullen și capacitatea de descărcare. Fluorura în sine nu folosește funcția de captare a radicalilor liberi a retardantului de flacără descris mai sus, doar pentru a dilua co-solvenții volatili și inflamabili, deci doar raportul de volum în electrolit este în mare parte (70%) atunci când electrolitul nu este inflamabil. Compozit ignifug: ignifugul compozit utilizat în prezent în electrolit are un compus PF și un compus de clasă NP, substanțele reprezentative au o importantă hexametilfosforidă (HMPA), fluorofosfat etc.

Ignifugul exercită efect ignifug prin utilizarea sinergică a două elemente ignifuge. FEI et al. Propune doi retardanți de flacără NP MEEP și MEE, iar formula sa moleculară este prezentată în Figura 1.

Licf3SO3 / MeEP:PC = 25:75, electrolitul poate reduce inflamabilitatea cu 90%, iar conductivitatea poate ajunge la 2,5 × 10-3S / cm. 2) Aditiv supraîncărcat: O serie de reacții apar atunci când bateria litiu-ion este supraîncărcată.

Componenta electrolitică (important este solventul) care afectează suprafața reacțiilor de descompunere oxidativă de la suprafața electrodului pozitiv, se generează gaz și se eliberează cantitatea de căldură, rezultând creșterea presiunii interne a bateriei și creșterea temperaturii, iar siguranța bateriei este grav afectată. Din punct de vedere al mecanismului, aditivul de protecție împotriva supraîncălcării este important pentru tipul de putere de stripare oxidativă și două tipuri de tip de polimerizare electrică. Din tipul de aditiv, acesta poate fi împărțit în halogenură de litiu, compus metalocen.

În prezent, o adaprază suplimentară suplimentară (BP) supraîncărcată și ciclohexilbenzen (CHB) pe aditivii redox anti-încărcare sunt principiul când tensiunea de încărcare depășește tensiunea de tăiere normală, aditivul începe la electrodul pozitiv. Reacția de oxidare, produsul de oxidare difuzează la electrodul negativ și are loc reacția de reducere. Oxidarea este închisă între polii pozitiv și negativ, absorb excesul de sarcină.

Substanțele sale reprezentative au un ferocen și derivatul său, ferida 2,2-piridină și un complex de glenolină adiacentă 1,10, derivat de tiol. Bloc de polimerizare aditiv anti-umplut. Substanțele reprezentative includ ciclohexilbenzen, bifenil și alte substanțe.

Când bifenilul este utilizat ca aditiv preîncărcat, când tensiunea ajunge la 4,5 până la 4,7 V, bifenilul adăugat este polimerizat electrochimic, formând un strat de peliculă conductivă pe suprafața electrodului pozitiv, crescând rezistența internă a bateriei, limitând astfel bateria de protecție a curentului de încărcare.

2.2.2 Electrolitul lichid ionic lichid este compus complet din yin și cation.

Deoarece ionii interi sau volumele cationice sunt slabe, intermediarul este slab, distribuția electronilor este neuniformă, iar oan-censoonul poate fi liber să se miște la temperatura camerei, care este lichidă. Poate fi împărțit în imidazol, pirazol, piridină, sare de amoniu cuaternar etc. În comparație cu solventul organic obișnuit al bateriilor cu ioni de litiu, lichidele ionice au 5 avantaje: 1 stabilitate termică ridicată, 200 ° C nu se poate descompune; 2 presiunea vaporilor este aproape 0, nu trebuie să vă faceți griji pentru baterie; 3 lichidul ionic nu este ușor de ardet Fără corozivitate; 4 are o conductivitate electrică ridicată; 5 stabilitatea chimică sau electrochimică este bună.

AN sau altele asemănătoare formează PP13TFSI și 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) într-un electrolit, care poate obține efecte complet non-combustibile și adaugă 2% în greutate aditiv liboB în acest sistem pentru a îmbunătăți semnificativ compatibilitatea interfeței. Singura problemă care trebuie rezolvată este conductivitatea ionului din sistemul electrolitic. 2.

2.3 Selectarea stabilității termice a sării de litiu hexafluorofosfat (LiPF6) este o sare de litiu electrolit utilizată pe scară largă într-o baterie litiu-ion de bază. Deși natura sa unică nu este optimă, performanța sa globală este cea mai avantajoasă.

Cu toate acestea, LiPF6 are și dezavantajul său, de exemplu, LiPF6 este instabil din punct de vedere chimic și termodinamic, iar reacția are loc: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), reacția generată PF5 este ușor de atacat solventul organic în atomul de oxigen Singur la electroni, ducând la polimerizarea în buclă deschisă și la temperatura eterului deosebit de gravă. Cercetările actuale privind sărurile electrolitice la temperatură înaltă sunt concentrate în câmpurile de sare organică de litiu. Substanțele reprezentative sunt importante cu sărurile pe bază de bor, sărurile de litiu pe bază de imină.

LIB (C2O4) 2 (liboB) este o sare electrolit nou sintetizată în ultimii ani. Are multe proprietăți excelente, descompunând temperaturi de 302 ° C, poate forma un film SEI stabil într-un electrod negativ. Îmbunătățiți performanța grafitului în soluția electrolitică pe bază de PC, dar vâscozitatea acestuia este mare, impedanța filmului SEI format [14].

Temperatura de descompunere a LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) este de 360 ​​° C, iar conductivitatea ionică la temperatură normală este puțin mai mică decât LiPF6. Stabilitatea electrochimică este bună, iar potențialul de oxidare este de aproximativ 5,0 V, care este cea mai organică sare de litiu, dar coroziunea gravă a fluidului de fixare al bazei de Al.

2.2.4 Electrolitul polimeric Multe baterii litiu-ion de bază folosesc solvenți carbonatați inflamabili și volatili, dacă o scurgere este probabil să provoace incendiu.

Aceasta este în special bateria puternică litiu-ion de mare capacitate, densitate mare de energie. În loc să folosiți electroliți polimerici fără scrupule în loc de electroliți lichidi organici inflamabili, poate îmbunătăți semnificativ siguranța bateriilor litiu-ion. Cercetarea electrolitului polimeric, în special a electrolitului polimer de tip gel, a făcut progrese mari.

În prezent, a fost folosit cu succes în bateriile comerciale cu litiu-ion. Conform clasificării corpului polimeric, electrolitul polimer gel este important cu următoarele trei categorii: electrolit polimer pe bază de PAN, electrolit polimer PMMA, electrolit polimer pe bază de PVDF. Cu toate acestea, electrolitul polimer de tip gel este de fapt rezultatul unui compromis dintre un electrolit polimer uscat și un compromis cu un electrolit lichid, iar bateriile cu polimer de tip gel au încă multe de făcut.

2.3 Materialul pozitiv poate determina că materialul electrodului pozitiv este instabil atunci când tensiunea stării de încărcare este peste 4V și este ușor să generați o căldură dizolvată la temperaturi ridicate pentru a descompune oxigenul, oxigenul și solvenții organici continuă să reacționeze la o cantitate mare de căldură și alte gaze, reducând siguranța bateriei [2, 17-19]. Prin urmare, reacția electrodului pozitiv și a electrolitului este considerată a fi o cauză importantă a căldurii.

În ceea ce privește materialul normal, îmbunătățirea metodei comune de siguranță este modificarea acoperirii. Pentru acoperirea suprafeței materialului electrodului pozitiv cu MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2 etc., poate reduce reacția Die +-posterioară pozitivă și electrolit, reducând în același timp cromatografia electrodului pozitiv, inhibând schimbarea de fază a substanței electrodului pozitiv.

Îmbunătățiți stabilitatea sa structurală, reduceți rezistența la dezordine a cationilor din rețea, reducând astfel reacția secundară a procesului de circulație. 2.4 Materialul de carbon utilizează în prezent o suprafață specifică scăzută, o platformă de încărcare și descărcare mai mare, o platformă mică de încărcare și descărcare, o stabilitate termică relativ ridicată, o stare termică relativ bună, o termostabilitate relativ ridicată, o termostabilitate relativ ridicată, o termostabilitate relativ ridicată.

Cum ar fi microsferele de carbon în fază intermediară (MCMB) sau Li9Ti5o12 ale structurii spinelului, care este mai bună decât stabilitatea structurală a grafitului laminat [20]. Metoda de îmbunătățire în prezent a performanței materialului de carbon este importantă pentru tratarea suprafeței (oxidarea suprafeței, halogenarea suprafeței, placarea cu carbon, acoperirea metalului, oxidul metalic, acoperirea cu polimer) sau introducerea dopajului metalic sau nemetalic. 2.

5 Diafragma aplicată în prezent în bateriile comerciale cu litiu-ion este încă un material poliolefin, iar dezavantajele sale importante sunt infiltrarea fluidului fierbinte și electrolitic slabă. Pentru a depăși aceste defecte, cercetătorii au încercat mai multe moduri, cum ar fi căutarea materialelor de stabilitate termică sau adăugarea unei cantități mici de nanopowdia Al2O3 sau SiO2, care nu numai că are o diafragmă comună, dar are și o stabilitate termică a materialului electrodului pozitiv. utilizare.

MIAO și colab., fabricație de poliimidă nano nețesut preparată prin metoda de filare electrostatică. Mijloacele de caracterizare asemănătoare DR și TGA arată că nu numai că poate menține stabilitatea termică la 500 ° C, dar are și o mai bună infiltrare a electroliților în raport cu diafragma CELGARD. WANG și colab. au pregătit membrana microporoasă nanoscopică AL2O3-PVDF, care prezintă proprietăți electrochimice bune și stabilitate termică, satisfăcând utilizarea separatoarelor de baterii litiu-ion.

3 Rezumat și așteptăm cu nerăbdare bateriile litiu-ion pentru vehicule electrice și stocarea energiei, care este mult mai mare decât echipamentele electronice mici, iar mediul de utilizare este mai complicat. Pe scurt, putem vedea că securitatea sa este departe de a se rezolva și a devenit blocajul tehnic actual. Lucrările ulterioare ar trebui să fie în profunzime la efectul termic pe care bateria îl poate avea după o funcționare anormală și să găsească o modalitate eficientă de a îmbunătăți performanța de siguranță a bateriei cu ioni de litiu.

În prezent, utilizarea solvenților care conțin fluor și aditivilor ignifugă este o direcție importantă pentru dezvoltarea unei baterii litiu-ion de siguranță. Cum să echilibrați performanța electrochimică și siguranța la temperaturi înalte va fi obiectivul cercetării viitoare. De exemplu, este dezvoltat un set integrat integrat de ignifugare compozit de înaltă performanță P, N, F și CL și este dezvoltat un solvent organic cu un punct de fierbere ridicat, un punct de aprindere ridicat și se produce o soluție electrolitică de înaltă performanță de siguranță.

Ignifuge compozite, aditivi cu două funcții vor deveni, de asemenea, tendințe viitoare de dezvoltare. În ceea ce privește materialul electrodului bateriei cu ioni de litiu, proprietățile chimice de suprafață ale materialului sunt diferite, gradul de sensibilitate al materialului electrodului asupra potențialului de încărcare și descărcare este inconsecvent și este imposibil să se utilizeze unul sau mai mulți electrozi/electroliți/aditivi pentru toate designul structural al bateriei. Prin urmare, în viitor, ar trebui să ne concentrăm pe dezvoltarea diferitelor sisteme de baterii pentru materiale specifice pentru electrozi.

În același timp, dezvoltă și un sistem de baterii polimer litiu-ion cu securitate ridicată sau dezvoltarea de electrolit solid anorganic cu un singur cation conductiv și transport rapid de ioni și termostabilitate ridicată. În plus, îmbunătățirea performanței lichidului ionic, dezvoltarea unor sisteme sintetice simple și ieftine este, de asemenea, o parte importantă a cercetării viitoare.