Достижения в исследовании тепловых потерь при зарядке литиевых аккумуляторов

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Mpamatsy tobin-jiro portable

Аннотация: Краткое изложение последних достижений и перспектив развития исследований в области литий-ионных аккумуляторов с высокой степенью безопасности. Важные сведения о стабильности электролитов и электродов при высоких температурах, причинах термической нестабильности литий-ионных аккумуляторов и механизмах их действия прояснили, что существующая коммерческая система литий-ионных аккумуляторов неадекватна при высоких температурах, предлагается разработать высокотемпературные электролиты, положительные и отрицательные модификации и внешнее управление аккумуляторами и т. д. для разработки литий-ионных аккумуляторов с высокой степенью безопасности.

Перспективы развития технической перспективы создания безопасных литий-ионных аккумуляторов. 0 Введение Литий-ионные аккумуляторы стали типичным представителем нового типа энергии благодаря своей низкой стоимости, высокой производительности, большой мощности и экологичности, широко используются в цифровых продуктах 3C, мобильных источниках питания и электроинструментах. В последние годы в связи с усилением загрязнения окружающей среды и руководством национальной политики на рынке электромобилей увеличился спрос на литий-ионные аккумуляторы. В процессе разработки высокомощных литий-ионных аккумуляторных систем вопросы безопасности аккумуляторов привлекли все большее внимание. Существующие проблемы требуют срочного дальнейшего решения.

Изменение температуры аккумуляторной системы определяется выделением тепла и распределяется двумя факторами. Выделение тепла в литий-ионном аккумуляторе имеет важное значение и обусловлено реакцией между термическим разложением и материалом аккумулятора. Уменьшите нагрев аккумуляторной системы и улучшите ее антитемпературные характеристики, сделав аккумуляторную систему безопасной.

А также небольшое портативное оборудование, такое как мобильные телефоны, емкость аккумулятора ноутбука, как правило, менее 2 Ач, а емкость литий-ионного аккумулятора силового типа, используемого в электромобилях, как правило, больше 10 Ач, а локальная температура часто превышает 55 °C во время нормальной работы, а внутренняя температура может достигать 300 °C. В условиях высокой температуры или высокой скорости заряда и разряда повышение температуры и воспламеняемости органических растворителей вызовет ряд побочных реакций, что в конечном итоге приведет к выходу батареи из-под контроля и возгоранию или взрыву [3]. Помимо собственных химических факторов реагирования, у некоторых людей короткое замыкание может быть вызвано перегревом, обгоном и механическим воздействием, некоторые искусственные факторы также могут привести к возникновению литий-ионного аккумулятора, что может стать причиной несчастных случаев. Поэтому важно изучать и улучшать высокотемпературные характеристики литий-ионных аккумуляторов.

1. Анализ причин выхода из-под контроля температуры литий-ионной батареи важен, поскольку внутренняя температура батареи повышается. В настоящее время наиболее широко используемой электролитной системой в коммерческих литий-ионных аккумуляторах является смешанный карбонатный раствор LiPF6. Такой растворитель имеет высокую летучесть, низкую температуру вспышки, очень легко воспламеняется.

При внутреннем коротком замыкании, вызванном столкновением или деформацией, высокой скоростью заряда и разряда и перегрузки будет выделяться много тепла, что приведет к повышению температуры батареи. При достижении определенной температуры происходит ряд реакций разложения, приводящих к нарушению теплового баланса батареи. Если тепло, выделяющееся в результате этих химических реакций, не может быть отведено вовремя, это усугубит развитие реакции и вызовет ряд побочных реакций саморазогрева.

Температура аккумулятора резко повышается, то есть происходит «тепловой выход из-под контроля», что в конечном итоге приводит к возгоранию аккумулятора, а в некоторых случаях даже к серьезному взрыву. В целом, причиной выхода из-под контроля литий-ионного аккумулятора является термическая нестабильность электролита, а также термическая нестабильность электролита и сосуществование положительного и отрицательного электродов. В настоящее время безопасность литий-ионных аккумуляторов во многом определяется внешним управлением и внутренней конструкцией, позволяющей контролировать внутреннюю температуру, напряжение и давление воздуха для достижения целей безопасности.

2. Решить проблему неконтролируемого теплового режима. Стратегия 2. Внешнее управление 1) Компонент PTC (положительный температурный коэффициент): установите компонент PTC в литий-ионную батарею, который учитывает давление и температуру внутри батареи, и когда батарея нагревается из-за перезаряда, сопротивление батареи увеличивается, чтобы ограничить ток, а напряжение между положительным и отрицательным полюсами снижается до безопасного напряжения, чтобы реализовать функцию автоматической защиты батареи. 2) Взрывозащищенный клапан: если аккумулятор слишком большой из-за ненормальной работы, взрывозащищенный клапан деформируется, и его следует поместить внутрь аккумулятора для подключения, прекратив зарядку.

3) Электроника: 2 ~ 4 аккумуляторных блока могут улучшить конструкцию электронной схемы литий-ионной защиты, предотвратить перезарядку и переразрядку, предотвратить несчастные случаи, продлить срок службы батареи. Конечно, эти внешние методы управления дают определенный эффект, но эти дополнительные устройства увеличивают сложность и стоимость производства батареи и не могут полностью решить проблему безопасности батареи. Поэтому необходимо создать механизм защиты внутренней безопасности.

2.2 Улучшение электролита Электролит электролита как литий-ионного аккумулятора, природа электролита напрямую определяет производительность аккумулятора, емкость аккумулятора, диапазон рабочих температур, производительность цикла и показатели безопасности имеют важное значение. В настоящее время в коммерческих системах электролитических растворов литий-ионных аккумуляторов наиболее широко используется состав LIPF6, винилкарбоната и линейного карбоната.

Передняя часть является незаменимым компонентом, и ее использование также имеет некоторые ограничения с точки зрения производительности батареи. В то же время в электролите используется большое количество карбонатного растворителя с низкой температурой кипения и вспышки, который будет находиться при более низких температурах. Флэш, возникла большая угроза безопасности.

Поэтому многие исследователи пытаются усовершенствовать электролитную систему, чтобы повысить безопасность электролитов. В случае, когда основной материал корпуса батареи (включая материал электродов, материал диафрагмы, материал электролита) не изменяется в течение короткого периода времени, стабильность электролита является важным способом повышения безопасности литий-ионных батарей. 2.

2.1 Функциональные добавки Функциональные добавки имеют меньшую дозировку, целевую функцию. То есть он может значительно улучшить определенные макроскопические характеристики аккумулятора без изменения производственного процесса, не изменяя или практически не изменяя стоимость нового аккумулятора.

Таким образом, функциональные добавки стали горячей точкой в ​​современных литий-ионных аккумуляторах, что является одним из наиболее перспективных путей решения проблемы патогенного электролита литий-ионных аккумуляторов. Основное назначение присадки — предотвращение слишком высокой температуры аккумулятора и ограничение напряжения аккумулятора в пределах диапазона регулирования. Поэтому конструкция присадки также рассматривается с точки зрения температуры и зарядного потенциала.

Огнезащитные добавки: Огнезащитные добавки также можно разделить на фосфорорганические огнезащитные добавки, азотсодержащие составные огнезащитные добавки, огнезащитные добавки на основе кремния и композитные огнезащитные добавки. 5 важных категорий. Органические фосфоресцирующие огнестойкие вещества: К важным относятся некоторые алкилфосфатные, алкилфосфитные, фторированные фосфатные и фосфатно-нитрильные соединения.

Механизм антипирена важен для цепной реакции взаимодействия молекул антипирена со свободными радикалами водорода, также известной как механизм захвата свободных радикалов. При разложении с помощью аддитивной газификации высвобождаются свободные радикалы, содержащие фосфор, что позволяет свободным радикалам прекращать цепную реакцию. Фосфатный антипирен: важный фосфат, триэтилфосфат (ТЭФ), трибутилфосфат (ТБФ) и т. д.

Фосфатное нитрильное соединение, такое как гексаметилфосфазен (HMPN), алкилфосфит, такой как триметилфосфит (TMPI), три-(2,2,2-трифторэтил)фосфит (TT-FP), фторированный кислотный эфир, такой как три-(2,2,2-трифторэтил)фосфат (TFP), ди-(2,2,2-трифторэтил)метилфосфат (BMP), (2,2,2-трифторэтил)-диэтилфосфат (TDP), фенилфосфат (DPOF) и т. д. является хорошей огнезащитной добавкой. Фосфат обычно имеет относительно большую вязкость, плохую электрохимическую стабильность, а добавление антипирена также оказывает отрицательное влияние на ионную проводимость электролита и обратимость циркуляции электролита, одновременно увеличивая рефракцию электролита.

Обычно это: 1. Содержание углерода в новых алкильных группах; 2. Ароматическая (фенильная) группа, замещенная алкильной группой; 3. Образование циклической структуры фосфата. Органический галогенированный материал (галогенированный растворитель): органический галогенированный антипирен важен для борьбы с гриппом. После замены H на F его физические свойства изменились, такие как снижение температуры плавления, уменьшение вязкости, улучшение химической и электрохимической стабильности и т. д.

К важным органическим галогенным антипиренам относятся фторциклические карбонаты, фторцепочечные карбонаты, алкилперфтордекановый эфир и т. д. OHMI и другие сравнительные фторэтиловые эфиры, фторсодержащие фторидные соединения показали, что добавление 33,3% (объемная доля) 0.

67 моль/lliclo4/Ec + DEC + PC (объемное соотношение 1:1:1) электролит имеет более высокую температуру вспышки, восстановительный потенциал выше, чем у органических растворителей EC, DEC и PC, которые могут быстро образовывать пленку SEI на поверхности природного графита, улучшать эффективность первого заряда и разряда Каллена и разрядную емкость. Сам по себе фторид не обладает функцией захвата свободных радикалов, описанной выше, а только разбавляет легколетучие и легковоспламеняющиеся сорастворители, поэтому его объемное соотношение в электролите в основном (70%) не является воспламеняющимся. Композитный антипирен: Композитный антипирен, который в настоящее время используется в электролите, содержит соединение PF и соединение класса NP, типичными веществами являются гексаметилфосфорид (HMPA), фторфосфат и т. д.

Огнезащитный состав оказывает огнезащитное действие за счет синергического использования двух огнезащитных элементов. ФЭИ и др. Предлагает два антипирена НП MEEP и MEE, их молекулярная формула представлена ​​на рисунке 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, электролит может снизить воспламеняемость на 90%, а проводимость может достигать 2,5 × 10-3См / см. 2) Добавка для избыточного заряда: при избыточном заряде литий-ионного аккумулятора происходит ряд реакций.

Электролитный компонент (важным является растворитель) вступает в реакции окислительного разложения на поверхности положительного электрода, образуется газ и выделяется определенное количество тепла, что приводит к повышению внутреннего давления в аккумуляторе и повышению температуры, а также серьезно влияет на безопасность аккумулятора. С точки зрения механизма назначения, добавка для защиты от перенапряжения важна для окислительного отслаивания силового типа и двух типов электрополимеризации. По типу добавки ее можно разделить на галогенид лития, металлоценовое соединение.

В настоящее время в качестве окислительно-восстановительных противозадирных присадок используются дополнительные добавки адапараз (БП) и циклогексилбензол (ЦГБ), которые действуют по принципу: когда зарядное напряжение превышает нормальное напряжение отключения, присадка начинается на положительном электроде. Реакция окисления, продукт окисления диффундирует к отрицательному электроду, и происходит реакция восстановления. Окисление замыкается между положительным и отрицательным полюсами, поглощая избыточный заряд.

Его представительными веществами являются ферроцен и его производное, феррид 2,2-пиридин, а также комплекс 1,10-смежного гленолина, производного тиола. Добавка против наполнителей, препятствующая полимеризации. К типичным веществам относятся циклогексилбензол, бифенил и другие вещества.

При использовании бифенила в качестве предварительно заряженной добавки, когда напряжение достигает 4,5-4,7 В, добавленный бифенил электрохимически полимеризуется, образуя слой проводящей пленки на поверхности положительного электрода, увеличивая внутреннее сопротивление аккумулятора, тем самым ограничивая ток зарядки и защищая аккумулятор.

2.2.2 Ионная жидкость Ионный жидкий электролит полностью состоит из инь и катионов.

Поскольку промежуточные ионы или катионные объемы слабы, промежуточное соединение слабое, распределение электронов неравномерное, и оан-ценсон может свободно перемещаться при комнатной температуре, то есть находиться в жидком состоянии. Его можно разделить на имидазол, пиразол, пиридин, четвертичную аммониевую соль и т. д. По сравнению с обычным органическим растворителем литий-ионных аккумуляторов ионные жидкости имеют 5 преимуществ: 1) высокая термическая стабильность, не разлагается при 200 °C; 2) давление паров практически равно 0, не нужно беспокоиться о батарее; 3) ионная жидкость не воспламеняется, не вызывает коррозии; 4) высокая электропроводность; 5) хорошая химическая или электрохимическая стабильность.

AN или подобный ему образует PP13TFSI и 1Mollipf6ec/Dec (1: 1) в электролите, что позволяет достичь совершенно нетопливных эффектов, и добавить 2% по весу добавки liboB в эту систему, чтобы значительно улучшить совместимость интерфейса. Единственная проблема, которую необходимо решить, — это проводимость ионов в системе электролитов. 2.

2.3 Выбор термической стабильности литиевой соли Гексафторфосфат лития (LiPF6) — широко используемого электролита литиевой соли в литий-ионных аккумуляторах. Хотя его единичная природа не является оптимальной, его общая производительность является наиболее выгодной.

Однако LiPF6 также имеет свои недостатки, например, LiPF6 химически и термодинамически нестабилен, и происходит реакция: LIPF(6S) → LIF(S) + PF(5G), реакция, генерируемая PF5, легко атакует органический растворитель в атоме кислорода, одиноком с электронами, что приводит к полимеризации с открытым циклом и эфирными связями растворителя, эта реакция особенно серьезна при высоких температурах. Современные исследования высокотемпературных электролитных солей сосредоточены в областях органических солей лития. Важными представителями веществ являются соли на основе бора, соли лития на основе имина.

LIB (C2O4) 2 (liboB) — это недавно синтезированная электролитная соль. Он обладает многими превосходными свойствами, разлагается при температуре 302 °C, может образовывать стабильную пленку SEI на отрицательном электроде. Улучшить производительность графита в электролитическом растворе на основе ПК, но его вязкость велика, сопротивление образующейся пленки SEI [14].

Температура разложения LIN(SO2CF3)2 (Litfsi) составляет 360 °C, а ионная проводимость при нормальной температуре несколько ниже, чем у LiPF6. Электрохимическая стабильность хорошая, а окислительный потенциал составляет около 5,0 В, что является наиболее органической солью лития, но она вызывает серьезную коррозию жидкости на основе алюминия.

2.2.4 Полимерный электролит Во многих литий-ионных аккумуляторах массового производства используются легковоспламеняющиеся и летучие карбонатные растворители, утечка которых может привести к возгоранию.

Это особенно мощный литий-ионный аккумулятор с высокой емкостью и высокой плотностью энергии. Вместо использования небезопасных полимерных электролитов вместо легковоспламеняющихся органических жидких электролитов можно значительно повысить безопасность литий-ионных аккумуляторов. Исследования полимерных электролитов, особенно гелевых полимерных электролитов, достигли большого прогресса.

В настоящее время он успешно применяется в коммерческих литий-ионных аккумуляторах. Согласно классификации полимерных тел, гелеобразный полимерный электролит подразделяется на следующие три категории: полимерный электролит на основе ПАН, полимерный электролит на основе ПММА, полимерный электролит на основе ПВДФ. Однако гелеобразный полимерный электролит на самом деле является результатом компромисса между сухим полимерным электролитом и жидким электролитом, и гелеобразным полимерным аккумуляторам еще предстоит проделать большую работу.

2.3 Положительный материал может определить, что материал положительного электрода нестабилен, когда напряжение состояния зарядки превышает 4 В, и он легко выделяет тепло, растворяясь при высоких температурах, чтобы разложить кислород, кислород и органические растворители продолжают реагировать с большим количеством тепла и других газов, снижая безопасность батареи [2, 17-19]. Поэтому реакция положительного электрода и электролита считается важной причиной выделения тепла.

Что касается обычного материала, то общепринятым методом повышения его безопасности является модификация покрытия. Для покрытия поверхности положительного электрода материалом MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2 и т.д. может уменьшить реакцию Die +-заднего положительного и электролита, одновременно уменьшая хроматографию положительного электрода, ингибируя фазовый переход вещества положительного электрода.

Улучшить его структурную устойчивость, снизить сопротивление беспорядку катионов в решетке, тем самым уменьшив вторичную реакцию процесса циркуляции. 2.4 Углеродный материал в настоящее время использует низкую удельную площадь поверхности, более высокую платформу заряда и разряда, малую платформу заряда и разряда, относительно высокую термическую стабильность, относительно хорошее тепловое состояние, относительно высокую термостабильность, относительно высокую термостабильность, относительно высокую термостабильность.

Такие как углеродные микросферы промежуточной фазы (MCMB) или Li9Ti5o12 со структурой шпинели, которая превосходит по структурной стабильности слоистого графита [20]. В настоящее время важным методом улучшения характеристик углеродных материалов является обработка поверхности (оксидирование поверхности, галогенирование поверхности, плакирование углеродом, покрытие металлом, оксидом металла, полимерное покрытие) или введение металлических или неметаллических легирующих примесей. 2.

5 Диафрагма, которая в настоящее время применяется в коммерческих литий-ионных аккумуляторах, по-прежнему изготовлена ​​из полиолефинового материала, и ее существенными недостатками являются высокая температура и плохая инфильтрация электролитической жидкости. Чтобы преодолеть эти недостатки, исследователи испробовали множество способов, например, искали термостойкие материалы или добавляли небольшое количество нанопорошка Al2O3 или SiO2, который не только имеет общую диафрагму, но и обладает термостойкостью материала положительного электрода. использовать.

MIAO и др., изготовление полиимидного нанонетканого материала методом электростатического прядения. Методы DR и TGA показывают, что она не только сохраняет термическую стабильность при 500 °C, но и обеспечивает лучшую инфильтрацию электролита по сравнению с диафрагмой CELGARD. Ван и др. подготовили наноскопическую микропористую мембрану AL2O3-PVDF, которая демонстрирует хорошие электрохимические свойства и термическую стабильность, удовлетворяющие требованиям использования в сепараторах литий-ионных аккумуляторов.

3. Резюме. Мы с нетерпением ждем литий-ионные аккумуляторы для электромобилей и накопителей энергии, которые намного больше, чем небольшое электронное оборудование, а среда использования более сложная. Подводя итог, мы видим, что проблема безопасности далека от решения и стала на данный момент узким техническим местом. Последующая работа должна быть направлена ​​на углубленное изучение теплового эффекта, который может возникнуть в аккумуляторе после ненормальной эксплуатации, и поиск эффективного способа повышения безопасности литий-ионного аккумулятора.

В настоящее время важным направлением разработки литий-ионных аккумуляторов безопасного типа является использование фторсодержащих растворителей и антипиреновых добавок. В центре внимания будущих исследований будет вопрос о том, как сбалансировать электрохимические характеристики и безопасность при высоких температурах. Например, разработан высокоэффективный композитный огнестойкий интегральный комплекс P, N, F и CL, а также разработан органический растворитель с высокой температурой кипения, высокой температурой вспышки и получен электролитический раствор с высокими показателями безопасности.

Композиционные антипирены и добавки двойного назначения также станут будущими тенденциями развития. Что касается материала электрода литий-ионного аккумулятора, то поверхностные химические свойства материала различны, степень чувствительности материала электрода к потенциалу заряда и разряда непостоянна, и невозможно использовать один или ограниченное количество электродов/электролитов/добавок для всех структурных конструкций аккумулятора. Поэтому в будущем нам следует сосредоточиться на разработке различных систем аккумуляторов для конкретных материалов электродов.

В то же время компания также разрабатывает полимерную литий-ионную аккумуляторную систему с высокой степенью безопасности или разрабатывает неорганический твердый электролит, обладающий однокатионной проводимостью, быстрым переносом ионов и высокой термостабильностью. Кроме того, важной частью будущих исследований является улучшение характеристик ионных жидкостей, разработка простых и дешевых синтетических систем.