Pokroky vo výskume tepelných strát nabíjania lítiovej batérie

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Προμηθευτής φορητών σταθμών παραγωγής ενέργειας

Abstrakt: Súhrn najnovších pokrokov a perspektív vývoja pre výskum vysoko bezpečných lítium-iónových batérií. Dôležité z vysokej teplotnej stability elektrolytov a elektród, príčiny tepelnej nestability lítium-iónových batérií a ich mechanizmov objasnili, že existujúci komerčný lítium-iónový batériový systém je nedostatočný pri vysokých teplotách, navrhuje vývoj vysokoteplotných elektrolytov, pozitívne a negatívne modifikácie a externé riadenie batérií atď. navrhnúť vysoko bezpečné lítium-iónové batérie.

Výhľad na vývoj technickej perspektívy vývoja bezpečnostných lítium-iónových batérií. 0 Úvod Lítium-iónové batérie sa stávajú typickým predstaviteľom nového typu energie vďaka svojej nízkej cene, vysokému výkonu, vysokému výkonu a ekologickému prostrediu, ktoré sa široko používa v digitálnych produktoch 3C, mobilných zariadeniach a elektrických nástrojoch. V posledných rokoch v dôsledku zintenzívnenia znečistenia životného prostredia a usmernenia národnej politiky zvýšil trh s elektrickými vozidlami s elektrickými vozidlami dopyt po lítium-iónových batériách, v procese vývoja vysokovýkonných lítium-iónových batériových systémov priťahujú otázky bezpečnosti batérií veľkú pozornosť , Existujúce problémy je naliehavo potrebné ďalej riešiť.

Zmena teploty batériového systému je určená vznikom tepla a rozloženými dvoma faktormi. Výskyt tepla lítium-iónovej batérie je dôležitý, pretože je spôsobený reakciou medzi tepelným rozkladom a materiálom batérie. Znížte teplo batériového systému a zlepšite výkon systému proti vysokej teplote, batériový systém je bezpečný.

A malé prenosné zariadenia, ako sú mobilné telefóny, kapacita batérie prenosného počítača je vo všeobecnosti nižšia ako 2 AH a kapacita lítium-iónovej batérie typu napájania používaná v elektrických vozidlách je vo všeobecnosti väčšia ako 10 ah a miestna teplota je často vyššia ako 55 ° C počas normálnej prevádzky a vnútorná teplota dosiahne 300 ° C, za podmienok vysokej teploty alebo vysokej rýchlosti nabíjania a vybíjania vedie zvýšenie teploty k tepelnej a bočnej horľavosti batérie, prípadne spôsobí sériu horľavosti a horľavosti batérie. alebo výbuch [3]. Okrem vlastných faktorov chemickej odozvy majú niektorí ľudia skrat spôsobený prehriatím, predbiehaním a mechanickým nárazom, niektoré umelé faktory môžu tiež viesť k výskytu lítium-iónovej batérie, ktorá spôsobí bezpečnostné nehody. Preto je dôležité študovať a zlepšovať výkon lítium-iónových batérií pri vysokých teplotách.

1 je dôležitá analýza tepelnej nekontrolovateľnosti lítium-iónovej batérie, pretože vnútorná teplota batérie stúpa. V súčasnosti je najpoužívanejším elektrolytickým systémom v komerčných lítium-iónových batériách zmiešaný uhličitanový roztok LiPF6. Takéto rozpúšťadlo má vysokú prchavosť, nízky bod vzplanutia, veľmi ľahko horľavé.

Keď dôjde k vnútornému skratu spôsobenému kolíziou alebo deformáciou, vysokou rýchlosťou nabíjania a vybíjania a predbiehania, dôjde k veľkému teplu, čo vedie k zvýšeniu teploty batérie. Pri dosiahnutí určitej teploty séria rozkladných reakcií spôsobí zničenie tepelnej rovnováhy batérie. Keď teplo uvoľnené týmito chemickými reakciami nemôže byť včas evakuované, zhorší to priebeh reakcie a spustí sériu samozahrievacích vedľajších reakcií.

Teplota batérie sa prudko zvýši, to znamená, že sa „teplo vymkne kontrole“, čo nakoniec vedie k spáleniu batérie a dokonca k vážnemu výbuchu. Vo všeobecnosti je príčina tepelnej nekontrolovateľnosti lítium-iónovej batérie dôležitá v tepelnej nestabilite elektrolytu, ako aj tepelnej nestabilite elektrolytu a koexistencie kladných a záporných elektród. V súčasnosti je bezpečnosť lítium-iónových batérií z veľkého hľadiska dôležitá z hľadiska externého riadenia a interného dizajnu na riadenie vnútornej teploty, napätia a tlaku vzduchu, aby sa dosiahli bezpečnostné účely.

2 Vyriešte stratégiu mimo kontroly teploty 2. Externá správa 1) Komponent PTC (kladný teplotný koeficient): Nainštalujte komponent PTC do lítium-iónovej batérie, ktorá zohľadňuje tlak a teplotu vo vnútri batérie, a keď sa batéria zahreje prebitím, batéria je 10 Odpor sa zvyšuje, aby sa obmedzil prúd, a napätie medzi kladným a záporným pólom sa zníži na bezpečné napätie, aby sa realizovala funkcia automatickej ochrany batérie. 2) Ventil odolný proti výbuchu: Keď je batéria príliš veľká v dôsledku abnormálneho stavu, ventil proti výbuchu sa zdeformuje, ktorý bude umiestnený vo vnútri batérie, ktorá sa má pripojiť, zastavte nabíjanie.

3) Elektronika: 2 ~ 4 batérie môžu ozdobiť lítium-iónovú ochranu dizajnu elektronického obvodu, zabrániť prebitiu a nadmernému vybitiu, zabrániť bezpečnostným nehodám, predĺžiť životnosť batérie. Samozrejme, že tieto externé spôsoby ovládania majú určitý účinok, ale tieto prídavné zariadenia zvýšili zložitosť a výrobné náklady batérie a nemôžu úplne vyriešiť problém bezpečnosti batérie. Preto je potrebné vytvoriť mechanizmus vnútornej bezpečnosti.

2.2 Zlepšenie elektrolytického elektrolytu elektrolytu ako lítium-iónovej batérie, povaha elektrolytu priamo určuje výkon batérie, kapacita batérie, rozsah prevádzkových teplôt, výkon cyklu a bezpečnostný výkon sú dôležité. V súčasnosti sú komerčné systémy elektrolytických roztokov lítium-iónových batérií, najpoužívanejším zložením je LIPF6, vinylkarbonát a lineárny uhličitan.

Predná strana je nepostrádateľnou ingredienciou a ich použitie má aj určité obmedzenia z hľadiska výkonu batérie. Súčasne sa v elektrolyte používa veľké množstvo nízkovriaceho a nízkeho bodu vzplanutia karbonátového rozpúšťadla, ktoré bude mať nižšie teploty. Blesk, existuje veľké bezpečnostné riziko.

Preto sa mnohí výskumníci snažia vylepšiť elektrolytický systém, aby sa zlepšila bezpečnosť elektrolytov. V prípade, že sa materiál hlavného tela batérie (vrátane materiálu elektródy, materiálu membrány, materiálu elektrolytu) v krátkom čase nezmení, je stabilita elektrolytu dôležitým spôsobom, ako zvýšiť bezpečnosť lítium-iónových batérií. 2.

2.1 Funkčné aditívne funkčné prísady majú menšie dávkovanie, cielenú vlastnosť. To znamená, že môže výrazne zlepšiť určitý makroskopický výkon batérie bez zmeny výrobného procesu bez zmeny alebo v podstate žiadnych nákladov na novú batériu.

Funkčné prísady sa preto stali horúcim miestom v súčasných lítium-iónových batériách, čo je jedna z najsľubnejších ciest, ktoré sú v súčasnosti najsľubnejším patogénnym riešením elektrolytu lítium-iónových batérií. Základným použitím aditíva je zabrániť príliš vysokej teplote batérie a obmedzeniu napätia batérie na kontrolný rozsah. Preto je dizajn aditíva posudzovaný aj z pohľadu teploty a nabíjacieho potenciálu.

Prísada spomaľujúca horenie: Prísada spomaľujúca horenie možno tiež rozdeliť na prísady spomaľujúce horenie organického fosforu, prísadu spomaľujúcu horenie obsahujúcu zlúčeninu, prísadu spomaľujúcu horenie na báze kremíka a kompozitnú prísadu spomaľujúcu horenie. 5 dôležitých kategórií. Organický fosforeskujúci spomaľovač horenia: Dôležité sú niektoré alkylfosfáty, alkylfosfit, fluórovaný fosfát a fosfátnitrilové zlúčeniny.

Mechanizmus spomaľovača horenia je dôležitý pre reťazovú reakciu molekúl spomaľovača horenia interferujúcich s voľnými vodíkovými radikálmi, tiež známy ako mechanizmus zachytávania voľných radikálov. Pri aditívnom splyňovaní sa uvoľňujú voľné radikály obsahujúce fosfor, čo je schopnosť voľných radikálov ukončiť reťazovú reakciu. Fosfátový spomaľovač horenia: Dôležitý fosfát, trietylfosfát (TEP), tributylfosfát (TBP) atď.

Fosfát nitrilová zlúčenina, ako je hexametyl fosfazen (HMPN), alkyl fosfit, ako je trimetyl fosfit (TMPI), tri-(2,2,2-trifluóretyl), fosfit (TT-FP), ester fluórovanej kyseliny, ako je tri-(2,2,2-trifluóretyl)fosfát (TFP), di-(2,2,2-trifluóretyl)fosfát (TFP), di-(2,2,2-trifluóretyl)fosfát)MP (2,2,2-trifluóretyl) - dietylfosfát (TDP), fenylfosfát (DPOF) atď. je dobrá prísada spomaľujúca horenie. Fosforečnan má typicky relatívne veľkú viskozitu, zlú elektrochemickú stabilitu a pridanie spomaľovača horenia má tiež negatívny vplyv na iónovú vodivosť elektrolytu a reverzibilitu cirkulácie elektrolytu, pričom zvyšuje lomivosť elektrolytu.

Všeobecne je to: 1 obsah uhlíka nových alkylových skupín; 2 aromatická (fenylová) skupina substituovaná alkylová skupina; 3 tvoria cyklickú štruktúru fosforečnanu. Organický halogénovaný materiál (halogénované rozpúšťadlo): organický halogénový spomaľovač horenia je dôležitý pri chrípke chrípke. Po nahradení H F sa zmenili jeho fyzikálne vlastnosti, ako je zníženie teploty topenia, zníženie viskozity, zlepšenie chemickej a elektrochemickej stability atď.

Je dôležité, aby organický halogénový spomaľovač horenia zahŕňal fluórcyklické uhličitany, uhličitany s fluórovaným reťazcom a alkyl-perfluórdekánéter atď. OHMI a iné porovnávacie zlúčeniny fluóretyléteru, fluorid obsahujúce fluorid ukázali, že pridanie 33,3 % (objemový podiel) 0.

Elektrolyt 67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (objemový pomer 1: 1: 1) má vyšší bod vzplanutia, redukčný potenciál je vyšší ako organické rozpúšťadlo EC, DEC a PC, ktoré môže rýchlo vytvoriť SEI film na povrchu prírodného grafitu, zlepšiť prvé nabitie a vybitie Cullenovej účinnosti a vybíjacej kapacity. Samotný fluorid nemá využitie funkcie zachytávania voľných radikálov vyššie popísaného retardéra horenia, len na riedenie vysoko prchavých a horľavých spolurozpúšťadiel, takže len objemový pomer v elektrolyte je väčšinou (70 %), keď elektrolyt nie je horľavý. Kompozitný spomaľovač horenia: Kompozitný spomaľovač horenia, ktorý sa v súčasnosti používa v elektrolyte, má zlúčeninu PF a zlúčeninu triedy NP, reprezentatívne látky majú dôležitý hexametylfosforid (HMPA), fluórfosfát atď.

Spomaľovač horenia má účinok spomaľujúci horenie synergickým použitím dvoch prvkov spomaľujúcich horenie. FEI a kol. Navrhuje dva NP spomaľovače horenia MEEP a MEE a ich molekulárny vzorec je znázornený na obrázku 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, elektrolyt môže znížiť horľavosť o 90% a vodivosť môže dosiahnuť 2,5 × 10-3S / cm. 2) Prebitá prísada: Pri prebití lítium-iónovej batérie dochádza k sérii reakcií.

Elektrolytová zložka (dôležité je rozpúšťadlo), ktorá inverafluje povrch oxidačných rozkladných reakcií na povrchu kladnej elektródy, sa generuje plyn a uvoľňuje sa množstvo tepla, čo vedie k zvýšeniu vnútorného tlaku batérie a zvýšeniu teploty, čím je vážne ovplyvnená bezpečnosť batérie. Z účelového mechanizmu je prísada na ochranu proti preťaženiu dôležitá pre typ oxidačnej stripovacej energie a dva typy typu elektrickej polymerizácie. Podľa typu prísady sa dá rozdeliť na halogenid lítny, metalocénovú zlúčeninu.

V súčasnosti je princípom nadmerná dodatočná dodatočná adaprasa (BP) a cyklohexylbenzén (CHB) na redoxných prísadách proti presušeniu, keď nabíjacie napätie prekročí normálne medzné napätie, prísada začína na kladnej elektróde. Oxidačná reakcia, oxidačný produkt difunduje k negatívnej elektróde a dochádza k redukčnej reakcii. Oxidácia je uzavretá medzi kladným a záporným pólom, absorbuje prebytočný náboj.

Jeho reprezentatívnymi látkami sú ferocén a jeho derivát, ferrid 2,2-pyridín a komplex 1,10-susedného glenolínu, tiolový derivát. Polymerizačná bloková antiplnivá prísada. Reprezentatívne látky zahŕňajú cyklohexylbenzén, bifenyl a iné látky.

Keď sa bifenyl použije ako prednabitá prísada, keď napätie dosiahne 4,5 až 4,7 V, pridaný bifenyl sa elektrochemicky polymerizuje, čím sa na povrchu kladnej elektródy vytvorí vrstva vodivého filmu, čím sa zvýši vnútorný odpor batérie, čím sa obmedzí ochranný nabíjací prúd batérie.

2.2.2 Iónový tekutý iónový tekutý elektrolyt je úplne zložený z jinu a katiónu.

Pretože vnútorné ióny alebo katiónové objemy sú slabé, medziprodukt je slabý, distribúcia elektrónov je nerovnomerná a oan-cenzún sa môže voľne pohybovať pri izbovej teplote, ktorá je kvapalná. Možno ho rozdeliť na imidazol, pyrazol, pyridín, kvartérnu amóniovú soľ atď. V porovnaní s bežným organickým rozpúšťadlom lítium-iónových batérií majú iónové kvapaliny 5 výhod: 1 vysoká tepelná stabilita, 200 ° C sa nemôže rozložiť; 2 tlak pary je takmer 0, nemusíte sa starať o batériu; 3 iónová kvapalina nie je ľahko horľavá Žiadna korozívnosť; 4 má vysokú elektrickú vodivosť; 5 chemická alebo elektrochemická stabilita je dobrá.

AN alebo podobne formuje PP13TFSI a 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) do elektrolytu, ktorý môže dosiahnuť úplne nepalivové efekty, a pridať do tohto systému 2 hmotn. % aditíva liboB, aby sa výrazne zlepšila kompatibilita rozhrania. Jediný problém, ktorý je potrebné vyriešiť, je vodivosť iónu v systéme elektrolytov. 2.

2.3 Výber tepelnej stability lítnej soli hexafluorofosfát (LiPF6) je široko používaný elektrolytická lítiová soľ v komoditnej lítium-iónovej batérii. Hoci jeho jediná povaha nie je optimálna, jeho celkový výkon je najvýhodnejší.

LiPF6 má však aj svoju nevýhodu, napríklad LiPF6 je chemicky a termodynamicky nestabilný a dochádza k reakcii: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), reakciou generovaný PF5 ľahko atakuje organické rozpúšťadlo v atóme kyslíka Samostatný voči elektrónom, čo vedie k polymerizácii v otvorenej slučke a éterovým väzbám rozpúšťadla, táto reakcia je obzvlášť závažná pri vysokých teplotách. Súčasný výskum vysokoteplotných elektrolytových solí sa sústreďuje na polia organických lítiových solí. Reprezentatívne látky sú dôležité pre soli na báze bóru, soli lítia na báze imínu.

LIB (C2O4) 2 (liboB) je v posledných rokoch novo syntetizovaná elektrolytická soľ. Má mnoho vynikajúcich vlastností, rozkladné teploty 302 ° C, dokáže vytvoriť stabilný film SEI v negatívnej elektróde. Zlepšite výkonnosť grafitu v elektrolytickom roztoku na báze PC, ale jeho viskozita je veľká, impedancia vytvoreného filmu SEI [14].

Teplota rozkladu LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) je 360 ​​° C a iónová vodivosť pri normálnej teplote je o niečo nižšia ako LiPF6. Elektrochemická stabilita je dobrá a oxidačný potenciál je približne 5,0 V, čo je najorganickejšia lítiová soľ, ale spôsobuje vážnu koróziu kvapaliny na báze Al.

2.2.4 Polymérny elektrolyt Mnoho bežných lítium-iónových batérií používa horľavé a prchavé uhličitanové rozpúšťadlá, ak je pravdepodobné, že vytečenie spôsobí požiar.

Ide najmä o výkonnú lítium-iónovú batériu s vysokou kapacitou a vysokou hustotou energie. Namiesto používania bezohľadných polymérových elektrolytov namiesto horľavých organických tekutých elektrolytov môže výrazne zlepšiť bezpečnosť lítium-iónových batérií. Veľký pokrok zaznamenal výskum polymérneho elektrolytu, najmä gélového polymérneho elektrolytu.

V súčasnosti sa úspešne používa v komerčných lítium-iónových batériách. Podľa klasifikácie polymérového telesa je gélový polymérny elektrolyt dôležitý v nasledujúcich troch kategóriách: polymérny elektrolyt na báze PAN, polymérny elektrolyt PMMA, polymérny elektrolyt na báze PVDF. Avšak polymérny elektrolyt gélového typu je v skutočnosti výsledkom kompromisu suchého polymérneho elektrolytu a kompromisu tekutého elektrolytu a gélové polymérové ​​batérie majú ešte veľa práce.

2.3 Pozitívny materiál môže určiť, že materiál kladnej elektródy je nestabilný, keď je napätie v stave nabíjania vyššie ako 4 V a je ľahké generovať teplo rozpustené pri vysokých teplotách, aby sa rozkladal kyslík, kyslík a organické rozpúšťadlá naďalej reagujú s veľkým množstvom tepla a iných plynov, čím sa znižuje bezpečnosť batérie [2, 17-19]. Preto sa reakcia kladnej elektródy a elektrolytu považuje za dôležitú príčinu tepla.

Čo sa týka bežného materiálu, zlepšiť zaužívaný spôsob jeho bezpečnosti je úprava povlaku. Pre povrchové potiahnutie materiálu kladnej elektródy MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, atď., môže znížiť reakciu +-zadnej kladnej elektródy a elektrolytu pri súčasnom znížení chromatografie kladnej elektródy, čím sa inhibuje fázová zmena látky kladnej elektródy.

Zlepšiť jeho štrukturálnu stabilitu, znížiť odolnosť katiónu v mriežke voči poruchám, čím sa zníži sekundárna reakcia cirkulačného procesu. 2.4 Uhlíkový materiál v súčasnosti využíva nízky špecifický povrch, vyššiu nabíjaciu a vybíjaciu platformu, malú nabíjaciu a vybíjaciu platformu, relatívne vysokú tepelnú stabilitu, relatívne dobrý tepelný stav, relatívne vysokú termostabilitu, relatívne vysokú termostabilitu, relatívne vysokú termostabilitu.

Napríklad uhlíkové mikroguľôčky so strednou fázou (MCMB) alebo Li9Ti5o12 spinelovej štruktúry, ktorá je lepšia ako štruktúrna stabilita laminovaného grafitu [20]. Metóda súčasného zlepšovania výkonu uhlíkového materiálu je dôležitá pre povrchovú úpravu (oxidácia povrchu, povrchová halogenácia, uhlíkové plátovanie, kovový povlak, oxid kovu, polymérový povlak) alebo zavádzanie kovového alebo nekovového dopovania. 2.

5 Membrána, ktorá sa v súčasnosti používa v komerčných lítium-iónových batériách, je stále polyolefínový materiál a jej dôležitými nevýhodami je horúca a slabá infiltrácia elektrolytickej tekutiny. Na prekonanie týchto defektov výskumníci vyskúšali mnoho spôsobov, ako napríklad hľadanie materiálov na tepelnú stabilitu alebo pridanie malého množstva nanoprášku Al2O3 alebo SiO2, ktorý má nielen spoločnú membránu, ale má aj tepelnú stabilitu materiálu kladnej elektródy. použitie.

MIAO et al, polyimidová nano netkaná textília pripravená metódou elektrostatického zvlákňovania. Charakterizačné prostriedky podobné DR a TGA ukazujú, že dokáže nielen udržať tepelnú stabilitu pri 500 ° C, ale má tiež lepšiu infiltráciu elektrolytu v porovnaní s membránou CELGARD. WANG a kol. pripravili nanoskopickú mikroporéznu membránu AL2O3-PVDF, ktorá vykazuje dobré elektrochemické vlastnosti a tepelnú stabilitu, čo vyhovuje použitiu separátorov lítium-iónových batérií.

3 Zhrnutie a tešíme sa na lítium-iónové batérie pre elektrické vozidlá a skladovanie energie, ktoré je oveľa väčšie ako malé elektronické zariadenia a prostredie používania je komplikovanejšie. Stručne povedané, môžeme vidieť, že jeho bezpečnosť nie je ani zďaleka vyriešená a stala sa súčasnou technickou prekážkou. Následná práca by mala byť zameraná na tepelný efekt, ktorý môže spôsobiť batéria po abnormálnej prevádzke, a mala by sa nájsť účinný spôsob, ako zlepšiť bezpečnostný výkon lítium-iónovej batérie.

V súčasnosti je použitie rozpúšťadiel obsahujúcich fluór a prísad spomaľujúcich horenie dôležitým smerom pre vývoj lítium-iónovej batérie bezpečnostného typu. Budúci výskum sa bude zameriavať na to, ako vyvážiť elektrochemický výkon a bezpečnosť pri vysokých teplotách. Napríklad sa vyvinula vysokovýkonná kompozitná integrálna integrovaná súprava spomaľujúca horenie P, N, F a CL a vyvinulo sa organické rozpúšťadlo s vysokým bodom varu, vysokým bodom vzplanutia a vyrobil sa elektrolytický roztok s vysokou bezpečnosťou.

Kompozitné retardéry horenia, aditíva s dvojitou funkciou sa tiež stanú trendmi budúceho vývoja. Pokiaľ ide o materiál elektród lítium-iónovej batérie, povrchové chemické vlastnosti materiálu sú odlišné, stupeň citlivosti materiálu elektródy na potenciál nabíjania a vybíjania je nekonzistentný a nie je možné použiť jednu alebo obmedzenú elektródu / elektrolyt / prísady do všetkých konštrukčných návrhov batérie. Preto by sme sa v budúcnosti mali zamerať na vývoj rôznych batériových systémov pre konkrétne materiály elektród.

Zároveň vyvíja aj polymérny lítium-iónový batériový systém s vysokou bezpečnosťou či vývoj anorganického pevného elektrolytu s jednoduchým katiónovým vodivým a rýchlym transportom iónov a vysokou tepelnou stabilitou. Okrem toho je dôležitou súčasťou budúceho výskumu zlepšenie výkonu iónovej kvapaliny, vývoj jednoduchých a lacných syntetických systémov.