Napredek pri raziskavah toplotne izgube pri polnjenju litijeve baterije

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Furnizuesi portativ i stacionit të energjisë elektrike

Povzetek: Povzetek najnovejših dosežkov in razvojnih možnosti za raziskave visokovarnih litij-ionskih baterij. Vzroki za toplotno nestabilnost litij-ionskih baterij in njihovih mehanizmov, ki so pomembni zaradi visokotemperaturne stabilnosti elektrolitov in elektrod, so pojasnili, da je obstoječi komercialni sistem litij-ionskih baterij neustrezen pri visokih temperaturah, predlaga razvoj visokotemperaturnih elektrolitov, pozitivne in negativne spremembe ter zunanje upravljanje baterij itd. za oblikovanje visokovarnih litij-ionskih baterij.

Obeti o razvoju tehnične perspektive razvoja varnostnih litij-ionskih baterij. 0 Uvod Litij-ionske baterije postanejo tipičen predstavnik nove vrste energije zaradi nizkih stroškov, visoke zmogljivosti, visoke moči in zelenega okolja, ki se pogosto uporablja v digitalnih izdelkih 3C, mobilni energiji in električnih orodjih. V zadnjih letih je zaradi vse večjega onesnaževanja okolja in smernic nacionalne politike trg električnih vozil, ki temeljijo na električnih vozilih, povečal povpraševanje po litij-ionskih baterijah, v procesu razvoja visokozmogljivih sistemov litij-ionskih baterij so vprašanja varnosti baterij pritegnila veliko pozornosti. Obstoječe težave je treba nujno nadalje rešiti.

Sprememba temperature akumulatorskega sistema je odvisna od pojava toplote in porazdeljenih dveh dejavnikov. Pojav toplote litij-ionske baterije je pomemben zaradi reakcije med toplotno razgradnjo in materialom baterije. Zmanjšajte toploto akumulatorskega sistema in izboljšajte delovanje sistema proti visokim temperaturam, baterijski sistem je varen.

In majhna prenosna oprema, kot so mobilni telefoni, je zmogljivost baterije prenosnika na splošno manjša od 2AH, zmogljivost litij-ionske baterije, ki se uporablja v električnih vozilih, pa je na splošno večja od 10ah, lokalna temperatura pa je med običajnim delovanjem pogosto višja od 55 °C, notranja temperatura pa bo dosegla 300 °C. V pogojih visoke temperature ali velike hitrosti polnjenja in praznjenja bo dvig toplote in temperatura vnetljivosti organskega topila povzročil vrsto stranskih reakcij, kar sčasoma privede do toplote brez nadzora in izgorevanja baterije ali eksplozije [3]. Poleg lastnih dejavnikov kemičnega odziva imajo nekateri ljudje kratek stik zaradi pregrevanja, prehitevanja in mehanskega vpliva, lahko nekateri umetni dejavniki povzročijo tudi nastanek litij-ionske baterije, ki povzroči varnostne nesreče. Zato je pomembno preučiti in izboljšati delovanje litij-ionskih baterij pri visokih temperaturah.

1 analiza vzroka za izpad nadzora nad toploto je pomembna, ker notranja temperatura baterije narašča. Trenutno je najpogosteje uporabljen sistem elektrolitov v komercialnih litij-ionskih baterijah mešana karbonatna raztopina LiPF6. Takšno topilo ima visoko hlapnost, nizko plamenišče, zelo lahko se vname.

Ko pride do notranjega kratkega stika zaradi trka ali deformacije, velike hitrosti polnjenja in praznjenja ter prehitevanja, bo veliko toplote, kar bo povzročilo dvig temperature baterije. Ko dosežete določeno temperaturo, bo vrsta reakcij razgradnje povzročila porušitev toplotnega ravnovesja baterije. Ko toplote, ki jo sproščajo te kemične reakcije, ni mogoče pravočasno izprazniti, bo to poslabšalo napredovanje reakcije in sprožilo vrsto stranskih reakcij samosegrevanja.

Temperatura baterije močno naraste, to je "toplota brez nadzora", sčasoma pride do vžiga baterije in celo do resne eksplozije. Na splošno je vzrok toplotnega izven nadzora litij-ionske baterije pomemben pri toplotni nestabilnosti elektrolita, kot tudi toplotni nestabilnosti elektrolita ter soobstoju pozitivne in negativne elektrode. Trenutno je z velikega vidika varnost litij-ionskih baterij pomembna od zunanjega upravljanja in notranje zasnove za nadzor notranje temperature, napetosti in zračnega tlaka za doseganje varnostnih namenov.

2 Rešite strategijo termičnega izpada nadzora 2. Zunanje upravljanje 1) Komponenta PTC (pozitivni temperaturni koeficient): Namestite komponento PTC v litij-ionsko baterijo, ki upošteva tlak in temperaturo v bateriji, in ko se baterija segreje zaradi prekomernega polnjenja, je baterija 10. Upor se poveča, da se omeji tok, napetost med pozitivnim in negativnim polom pa se zmanjša na varno napetost, da se uresniči funkcija samodejne zaščite baterije. 2) Ventil, odporen proti eksploziji: Ko je baterija prevelika zaradi nenormalnosti, se ventil, odporen proti eksploziji, deformira, kar bo nameščeno znotraj baterije, ki jo želite priključiti, in ustavite polnjenje.

3) Elektronika: 2 ~ 4 paketi baterij lahko polepšajo zasnovo elektronskega vezja z litij-ionsko zaščito, preprečijo prekomerno polnjenje in prekomerno praznjenje, preprečijo varnostne nesreče in podaljšajo življenjsko dobo baterije. Seveda imajo te zunanje metode nadzora določen učinek, vendar so te dodatne naprave dodale kompleksnost in proizvodne stroške baterije in ne morejo popolnoma rešiti problema varnosti baterije. Zato je treba vzpostaviti zaščitni mehanizem intrinzične varnosti.

2.2 Izboljšanje elektrolita elektrolit elektrolit kot litij-ionska baterija, narava elektrolita neposredno določa zmogljivost baterije, pomembna je zmogljivost baterije, območje delovne temperature, zmogljivost cikla in varnost. Trenutno je v komercialnih sistemih elektrolitske raztopine litij-ionskih baterij najpogosteje uporabljena sestava LIPF6, vinil karbonat in linearni karbonat.

Fronta je nepogrešljiva sestavina, njihova uporaba pa ima tudi nekaj omejitev glede delovanja baterije. Hkrati se v elektrolitu uporablja velika količina karbonatnega topila z nizkim vreliščem in nizkim plameniščem, ki bo pri nižjih temperaturah. Flash, obstaja velika varnostna nevarnost.

Zato mnogi raziskovalci poskušajo izboljšati sistem elektrolitov, da bi izboljšali varnost elektrolitov. V primeru, da se glavni material ohišja baterije (vključno z materialom elektrode, materialom diafragme, materialom elektrolita) ne spremeni v kratkem času, je stabilnost elektrolita pomemben način za izboljšanje varnosti litij-ionskih baterij. 2.

2.1 Funkcionalna aditivna funkcija Aditivi imajo manjše odmerjanje, ciljno usmerjeno funkcijo. To pomeni, da lahko bistveno izboljša določeno makroskopsko zmogljivost baterije, ne da bi spremenil proizvodni proces, ne da bi pri tem spremenil ali skoraj brez novih stroškov baterije.

Zato so funkcijski dodatki postali vroča točka v današnji litij-ionski bateriji, kar je ena najbolj obetavnih poti, ki so trenutno najbolj obetavna patogena rešitev elektrolita litij-ionske baterije. Osnovna uporaba aditiva je preprečiti previsoko temperaturo baterije in omejiti napetost baterije na nadzorno območje. Zato je zasnova aditiva upoštevana tudi z vidika temperature in polnilnega potenciala.

Dodatek za zaviranje gorenja: Dodatek za zaviranje gorenja lahko razdelimo tudi na organske fosforjeve dodatke za zaviranje gorenja, aditiv za zaviranje gorenja, ki vsebuje dušik, aditiv za zaviranje gorenja na osnovi silicija in kompozitni aditiv za zaviranje gorenja. 5 pomembnih kategorij. Organski fosforcelični zaviralec gorenja: Pomembne so nekatere spojine alkil fosfata, alkil fosfita, fluoriranega fosfata in fosfat nitrila.

Mehanizem zaviranja gorenja je pomemben za verižno reakcijo molekul, ki zavirajo gorenje, ki ovirajo proste radikale vodika, znan tudi kot mehanizem za zajemanje prostih radikalov. Dodatna razgradnja uplinjanja sprošča proste radikale, ki vsebujejo fosfor, sposobnost prostih radikalov, da prekinejo verižno reakcijo. Fosfatni zaviralec gorenja: pomemben fosfat, trietilfosfat (TEP), tributilfosfat (TBP) itd.

Fosfatna nitrilna spojina, kot je heksametil fosfazen (HMPN), alkil fosfit, kot je trimetil fosfit (TMPI), tri-(2,2,2-trifluoroetil), fosfit (TT-FP), fluorirani kislinski ester, kot je tri-(2,2,2-trifluoroetil) fosfat (TFP), di-(2,2,2-trifluoroetil)-metil fosfat (BMP), (2,2,2-trifluoroetil) - dietil fosfat (TDP), fenilfosfat (DPOF) itd. je dober dodatek za zaviranje gorenja. Fosfat ima tipično relativno veliko viskoznost, slabo elektrokemično stabilnost, dodatek zaviralca gorenja pa ima tudi negativen učinek na ionsko prevodnost elektrolita in reverzibilnost kroženja elektrolita, medtem ko poveča lomnost elektrolita.

Na splošno je: 1 vsebnost ogljika v novih alkilnih skupinah; 2 aromatska (fenilna) skupina del substituirana alkilna skupina; 3 tvorijo fosfat s ciklično strukturo. Organski halogenirani material (halogenirano topilo): organski halogenski zaviralec gorenja je pomemben pri gripi gripi gripi. Ko je H zamenjan s F, so se njegove fizikalne lastnosti spremenile, kot je znižanje tališča, zmanjšanje viskoznosti, izboljšanje kemijske in elektrokemične stabilnosti itd.

Organski halogenski zaviralec gorenja je pomemben, saj vključuje fluorociklične karbonate, fluoro-verižne karbonate in alkil-perfluorodekan eter itd. OHMI と他の比較フルオロエチルエーテル、フッ素含有フッ素化合物は、33.3% (体積分率) の添加が 0 であることを示しました。

67 mol/lliclo4/Ec + DEC + PC（体積比 1:1:1）電解液は、有機溶媒 EC、DEC、PC よりも引火点が高く、還元電位も高いため、天然黒鉛の表面に SEI 膜を急速に形成し、初回充放電のカレン効率と放電容量を向上させることができます。 フッ化物自体は、上記難燃剤のフリーラジカル捕捉機能を利用しておらず、高揮発性で可燃性の共溶媒を希釈するだけなので、電解液中の体積比が大部分（70％）の場合のみ、電解液は不燃性となります。 複合難燃剤：現在電解液に使用されている複合難燃剤にはPF化合物とNP類化合物があり、代表的な物質としてはヘキサメチルリン酸塩（HMPA）、フルオロリン酸塩などが挙げられます。

難燃剤は2つの難燃成分の相乗効果により難燃効果を発揮します。 FEIら 2つのNP難燃剤MEEPとMEEを提案しており、その分子式を図1に示します。

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75の電解質は可燃性を90%低減し、導電率は2.5×10-3S / cmに達します。 2) 過充電添加剤：リチウムイオン電池が過充電されると、一連の反応が発生します。

電解液成分（重要なのは溶媒）が正極表面で酸化分解反応を起こし、ガスが発生して発熱量も増加し、電池の内圧上昇や温度上昇を招き、電池の安全性に重大な影響を及ぼします。 目的メカニズムから、過酸化水素防止添加剤は、酸化剥離型と電気重合型の2種類が重要です。 添加剤の種類から、ハロゲン化リチウム、メタロセン化合物に分けられます。

現在、過充電防止添加剤として、BP（過充電防止添加剤）とシクロヘキシルベンゼン（過充電防止添加剤）が主流となっています。充電電圧が通常のカットオフ電圧を超えると、添加剤が正極から添加されます。 酸化反応により、酸化生成物が負極に拡散し、還元反応が起こります。 酸化は正極と負極の間で閉じられ、余分な電荷を吸収します。

その代表的な物質としては、フェロセンとその誘導体、フェリド2,2-ピリジンと1,10-隣接グレノリンの複合体、チオール誘導体などがあります。 重合ブロック防止充填添加剤。 代表的な物質としてはシクロヘキシルベンゼン、ビフェニルなどが挙げられます。

ビフェニルを充電前添加剤として使用すると、電圧が4.5〜4.7Vに達すると、添加されたビフェニルが電気化学的に重合し、正極の表面に導電膜の層を形成し、電池の内部抵抗が増加し、充電電流が制限されて電池が保護されます。

2.2.2 イオン液体イオン液体電解質は完全に陰と陽イオンで構成されています。

内部イオンまたは陽イオン体積が弱いため、中間体は弱く、電子分布は不均一であり、陽イオンは室温で自由に移動でき、液体になります。 イミダゾール、ピラゾール、ピリジン、第四級アンモニウム塩などに分けられます。 リチウムイオン電池の通常の有機溶媒と比較して、イオン液体には5つの利点があります。1熱安定性が高く、200°Cでも分解しません。2蒸気圧がほぼ0なので、電池を心配する必要はありません。3イオン液体は燃えにくく、腐食性がありません。4電気伝導性が高いです。5化学的または電気化学的安定性が良好です。

AN等はPP13TFSIと1Mollipf6ec/Dec（1：1）を電解質に形成し、完全な非燃料効果を達成することができ、このシステムに2wt％のliboB添加剤を加えると、インターフェースの互換性が大幅に向上します。 解決する必要がある唯一の問題は、電解質システム内のイオンの導電性です。 2.

2.3 リチウム塩の熱安定性の選択 六フッ化リン酸リチウム（LiPF6）は、市販のリチウムイオン電池で広く使用されている電解質リチウム塩です。 単体としては最適ではありませんが、全体的なパフォーマンスは最も有利です。

しかし、LiPF6 にも欠点があります。例えば、LiPF6 は化学的にも熱力学的にも不安定で、LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G) という反応が起こります。この反応で生成された PF5 は、酸素原子の電子が孤立した有機溶媒を攻撃しやすく、その結果、溶媒の開ループ重合とエーテル結合が生じます。この反応は、特に高温で深刻になります。 現在、高温電解質塩に関する研究は有機リチウム塩の分野に集中しています。 代表的な物質としてはホウ素系塩、イミン系リチウム塩などが重要です。

LIB(C2O4)2(liboB)は近年新たに合成された電解質塩です。 多くの優れた特性を有し、分解温度は302℃で、負極に安定したSEI膜を形成できます。 PC系電解液中のグラファイトの性能は向上するが、その粘度は大きく、形成されるSEI膜のインピーダンスは高くなる[14]。

LIN(SO2CF3)2(Litfsi)の分解温度は360℃であり、常温でのイオン伝導率はLiPF6よりわずかに低い。 電気化学的安定性は良好で、酸化電位は約5.0Vと最も有機リチウム塩であるが、Alベースのセット液の腐食が深刻である。

2.2.4 ポリマー電解質多くの市販のリチウムイオン電池では、漏れが発生すると火災を引き起こす可能性があるので、可燃性で揮発性の炭酸塩溶剤が使用されています。

これは特に、高容量、高エネルギー密度の強力なリチウムイオン電池です。 可燃性の有機液体電解質の代わりに、悪質なポリマー電解質を使用することで、リチウムイオン電池の安全性を大幅に向上させることができます。 高分子電解質、特にゲル型高分子電解質の研究は大きく進歩しました。

現在、市販のリチウムイオン電池に利用され、成功を収めています。 ポリマー体の分類によると、ゲルポリマー電解質は、PANベースのポリマー電解質、PMMAポリマー電解質、PVDFベースのポリマー電解質の3つのカテゴリに分けられます。 しかし、ゲル型ポリマー電解質は、実際には乾燥ポリマー電解質と液体電解質の妥協の結果であり、ゲル型ポリマー電池にはまだやるべきことがたくさんあります。

2.3 正極材料は、充電状態電圧が4Vを超えると不安定であると判断でき、高温で溶解した酸素が分解して熱を発生しやすく、酸素と有機溶媒が反応して大量の熱やその他のガスが発生し、バッテリーの安全性が低下します[2、17-19]。 そのため、正極と電解質の反応が熱の重要な原因であると考えられます。

通常の材料に関しては、安全性を向上させる一般的な方法はコーティングの改質です。 正極材料の表面をMgO、Al2O3、SiO2、TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2などでコーティングすると、正極と電解液の反応を低減し、正極のクロマトグラフィーを低減し、正極物質の相変化を抑制します。

構造安定性を向上させ、格子内の陽イオンの無秩序抵抗を低減し、それによって循環プロセスの二次反応を低減します。 2.4 現在使用されている炭素材料は、比表面積が低く、充放電プラットフォームが高く、充放電プラットフォームが小さく、熱安定性が比較的高く、熱状態が比較的良好で、耐熱性が高く、耐熱性が高く、耐熱性が高い。

例えば、中間相炭素微小球（MCMB）やスピネル構造のLi9Ti5o12などは、積層グラファイトよりも構造安定性に優れています[20]。 現在、炭素材料の性能を向上させる方法としては、表面処理（表面酸化、表面ハロゲン化、炭素クラッド、金属コーティング、金属酸化物、ポリマーコーティング）や金属または非金属ドーピングの導入が重要です。 2.

5 現在市販のリチウムイオン電池に使用されているダイヤフラムは依然としてポリオレフィン材料であり、その重要な欠点は高温になりやすく、電解液の浸透が悪いことです。 これらの欠陥を克服するために、研究者たちは、熱安定性材料を探したり、通常の隔膜を備えているだけでなく、正極材料の熱安定性も備えた少量のAl2O3またはSiO2ナノ粉末を追加したりするなど、さまざまな方法を試してきました。 使用。

MIAO ら、静電紡糸法によるポリイミドナノ不織布の製造。 DR および TGA のような特性評価手段は、500 °C で熱安定性を維持できるだけでなく、CELGARD ダイヤフラムに比べて電解質の浸透が優れていることを示しています。 WANGらは、リチウムイオン電池セパレーターとしての使用に適した、優れた電気化学的特性と熱安定性を示すAL2O3-PVDFナノスケール微多孔膜を作製した。

3 まとめと展望 電気自動車やエネルギー貯蔵用のリチウムイオン電池は、小型電子機器に比べてはるかに大きく、使用環境も複雑です。 まとめると、セキュリティの解決には程遠く、現在の技術的なボトルネックとなっていることがわかります。 今後の作業では、異常動作後にバッテリーが引き起こす可能性のある熱影響について深く検討し、リチウムイオンバッテリーの安全性能を向上させる効果的な方法を見つける必要があります。

現在、フッ素系溶剤や難燃添加剤の使用は、安全型リチウムイオン電池の開発において重要な方向性となっています。 電気化学的性能と高温安全性のバランスをどのように取るかが、今後の研究の焦点となるでしょう。 例えば、高性能複合難燃剤一体型セットＰ、Ｎ、Ｆ、ＣＬを開発し、高沸点、高引火点の有機溶剤を開発し、安全性能の高い電解液を製造している。

複合難燃剤、二重機能添加剤も今後の開発トレンドとなるでしょう。 リチウムイオン電池の電極材料に関しては、材料の表面化学特性が異なり、電極材料の充放電電位に対する感受性の程度が一貫していないため、1つまたは限られた数個の電極/電解質/添加剤をすべての電池構造設計に使用することは不可能です。 したがって、将来的には、特定の電極材料に応じた異なる電池システムの開発に重点を置く必要があります。

同時に、安全性が高いポリマーリチウムイオン電池システムの開発や、単一カチオン伝導性、高速イオン輸送性、高耐熱性を有する無機固体電解質の開発も進めています。 さらに、イオン液体の性能を向上させ、シンプルで安価な合成システムを開発することも、将来の研究の重要な部分です。