Kamajuan dina panalungtikan ngeunaan leungitna termal tina ngecas batré litium

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Lieferant von tragbaren Kraftwerken

Abstrak: Ringkesan kamajuan panganyarna sareng prospek pangembangan pikeun panalungtikan batré litium-ion kaamanan tinggi. Pentingna tina stabilitas suhu luhur éléktrolit sareng éléktroda, anu nyababkeun instability termal batré ion litium sareng mékanisme na parantos netelakeun yén sistem batré litium-ion komérsial anu aya henteu cekap dina suhu anu luhur, ngajukeun pikeun ngembangkeun éléktrolit suhu luhur, modifikasi positip sareng négatip sareng manajemén batré éksternal, jsb. pikeun ngarancang batré litium-ion kaamanan anu luhur.

Outlook on ngembangkeun prospek teknis ngeunaan ngembangkeun kaamanan batré litium-ion. 0 Pendahuluan Batré ion litium janten wawakil has tina jinis énergi énggal kusabab béaya rendah, kinerja tinggi, kakuatan tinggi, sareng lingkungan héjo, seueur dianggo dina produk digital 3C, kakuatan mobile sareng alat listrik. Dina taun-taun ayeuna, kusabab intensifikasi polusi lingkungan sareng pedoman kabijakan nasional, pasar kendaraan listrik berbasis kendaraan listrik parantos ningkat paménta batré litium-ion, dina prosés ngembangkeun sistem batré litium-ion kakuatan tinggi, masalah kaamanan batré parantos narik perhatian éksténsif , Masalah anu aya ayeuna kedah direngsekeun deui.

Parobahan suhu sistem batré ditangtukeun ku mecenghulna panas sarta disebarkeun dua faktor. Kajadian panas batré ion litium penting disababkeun ku réaksi antara dékomposisi termal sareng bahan batré. Ngurangan panas tina sistem batré jeung ningkatkeun sistem kinerja suhu anti luhur, sistem batré aman.

Sareng alat-alat portabel leutik sapertos telepon sélulér, kapasitas batré laptop umumna kirang ti 2AH, sareng kapasitas batré litium-ion jinis kakuatan anu dianggo dina kendaraan listrik umumna langkung ageung tibatan 10ah, sareng suhu lokal sering langkung luhur tibatan 55 ° C nalika operasi normal, sareng suhu internal bakal ngahontal 300 ° C, Dina suhu anu luhur atanapi tingkat muatan anu ageung sareng kaayaan discharge, naékna séri panas sareng flammability tina réaksi organik, anu nyababkeun séri panas sareng flammability. jeung durukan batré atawa ledakan [3]. Salian faktor réspon kimiawi sorangan, sababaraha urang boga sirkuit pondok disababkeun ku overheating, overtaking, sarta dampak mékanis, sababaraha faktor jieunan ogé bisa ngakibatkeun lumangsungna batré litium-ion ngabalukarkeun kacilakaan kaamanan. Ku alatan éta, hal anu penting pikeun diajar tur ningkatkeun kinerja suhu luhur batré litium-ion.

1 termal kaluar-of-kontrol ngabalukarkeun analisis termal kaluar kontrol batré litium-ion penting sabab suhu internal batré naék. Ayeuna, sistem éléktrolit anu paling seueur dianggo dina batré litium-ion komérsial nyaéta solusi karbonat campuran LiPF6. pangleyur misalna boga volatility tinggi, titik flash low, pisan gampang combust.

Nalika sirkuit pondok internal disababkeun ku tabrakan atawa cacad, muatan laju badag sarta ngurangan tur nyusul, bakal aya loba panas, hasilna raising suhu batré. Nalika ngahontal suhu anu tangtu, séri réaksi dékomposisi bakal nyababkeun kasaimbangan termal batré ancur. Nalika panas dileupaskeun ku réaksi kimia ieu teu bisa diungsikeun dina jangka waktu, éta bakal exacerbate progression réaksi, sarta memicu runtuyan réaksi samping pemanasan diri.

Suhu batre naék sacara drastis, nyaéta, "termal kaluar tina kontrol", antukna ngabalukarkeun kaduruk batré, komo ngabeledug lumangsung sacara serius. Sacara umum, anu ngabalukarkeun termal kaluar kontrol batré litium-ion penting dina instability termal éléktrolit, kitu ogé instability termal éléktrolit jeung coexistence éléktroda positif jeung negatif. Ayeuna, tina aspék anu ageung, kasalametan batré litium-ion penting tina manajemén éksternal sareng desain internal pikeun ngontrol suhu internal, tegangan, sareng tekanan hawa pikeun ngahontal tujuan kaamanan.

2 Ngabéréskeun strategi kaluar-kontrol termal 2. Manajemén éksternal 1) komponén PTC (koéfisién hawa positif): Pasang komponén PTC dina batré ion litium, anu nganggap tekanan sareng suhu di jero batré, sareng nalika batré dipanaskeun ku overcharge, batréna 10 Résistansi naék pikeun ngawatesan arus, sareng tegangan antara kutub positip sareng négatip diréduksi jadi tegangan anu aman pikeun ngawujudkeun fungsi panyalindungan otomatis batré. 2) klep ledakan-buktina: Nalika batréna badag teuing alatan abnormal, klep ledakan-buktina cacad, nu bakal ditempatkeun di jero batré disambungkeun, eureun ngecas.

3) Éléktronik: 2 ~ 4 bungkus batré tiasa ngahias desain sirkuit éléktronik pelindung ion litium, nyegah overcharge sareng over-discharge, nyegah kacilakaan kaamanan, manjangkeun umur batre. Tangtosna, metode kontrol éksternal ieu gaduh pangaruh anu tangtu, tapi alat tambahan ieu parantos nambihan pajeulitna sareng biaya produksi batré, sareng aranjeunna henteu tiasa ngabéréskeun masalah kaamanan batré. Ku alatan éta, perlu pikeun ngadegkeun mékanisme panyalindungan kaamanan intrinsik.

2.2 Ningkatkeun éléktrolit éléktrolit éléktrolit salaku batré ion litium, sifat éléktrolit langsung nangtukeun kinerja batré, kapasitas batré, rentang suhu operasi, kinerja siklus jeung kinerja kaamanan penting. Ayeuna, sistem solusi electrolytic batré litium-ion komérsial, komposisi paling loba dipaké nyaéta LIPF6, vinyl karbonat jeung karbonat linier.

Hareup mangrupa bahan indispensable, sarta pamakéan maranéhanana ogé boga sababaraha watesan dina watesan kinerja batré. Dina waktu nu sarua, jumlah badag ngagolakkeun low, low titik nyala pangleyur karbonat dipaké dina éléktrolit, nu bakal dina suhu handap. Flash, aya bahaya kaamanan badag.

Ku alatan éta, loba peneliti nyobian pikeun ngaronjatkeun sistem éléktrolit pikeun ngaronjatkeun kinerja kaamanan éléktrolit. Dina kasus dimana bahan awak utama batré (kaasup bahan éléktroda, bahan diafragma, bahan éléktrolit) henteu robih dina waktos anu pondok, stabilitas éléktrolit mangrupikeun cara anu penting pikeun ningkatkeun kasalametan batré ion litium. 2.

2.1 Fungsi aditif aditif fungsi boga dosage kirang, fitur sasaran. Hartina, bisa nyata ngaronjatkeun kinerja makroskopis tangtu batré tanpa ngarobah prosés produksi tanpa ngarobah atawa substansi euweuh waragad batré anyar.

Ku alatan éta, aditif fungsi geus jadi titik panas dina batré litium-ion kiwari, nu salah sahiji jalur paling ngajangjikeun anu ayeuna solusi pathogenic paling ngajangjikeun éléktrolit batré litium-ion. Pamakéan dasar tina aditif nyaéta pikeun nyegah suhu batre ti luhur teuing sareng tegangan batré dugi ka rentang kontrol. Ku alatan éta, desain aditif ogé dianggap tina sudut pandang suhu sareng poténsi ngecas.

Aditif tahan seuneu: Aditif tahan seuneu ogé tiasa dibagi kana aditif tahan seuneu fosfor organik, aditif tahan seuneu sanyawa anu ngandung nitrogén, aditif tahan seuneu dumasar silikon, sareng aditif tahan seuneu komposit. 5 kategori penting. Retardan seuneu sél fosfor organik: Penting kalebet sababaraha alkil fosfat, alkil fosfat, fosfat fluorinated, sareng sanyawa nitril fosfat.

Mékanisme tahan seuneu penting pikeun réaksi ranté molekul tahan seuneu anu ngaganggu radikal bébas hidrogén, ogé katelah mékanisme néwak radikal bébas. Dékomposisi gasifikasi aditif ngaleupaskeun radikal bébas anu ngandung fosfor, kamampuan radikal bébas pikeun ngeureunkeun réaksi ranté. Fosfat flame retardant: Fosfat penting, triétil fosfat (TEP), tributil fosfat (TBP), jsb.

Sanyawa nitrile fosfat kayaning hexamétil fosfazena (HMPN), alkil fosfat kayaning trimétil phosphite (TMPI), tilu - (2,2,2-trifluoroethyl), fosfit (TT-FP), fluorinated asam éster, kayaning tilu- (2,2,2-trifluoroethyl) fosfat (TFP), di-(2,2,2-trifluoroethyl) fosfat (TFP), di-(2,2,2-MP), di- (2,2,2-trifluoroétil) - dietil fosfat (TDP), fenilfosfat (DPOF), jsb. mangrupakeun aditif retardant seuneu alus. Fosfat ilaharna mibanda viskositas kawilang badag, stabilitas éléktrokimia goréng, sarta tambahan tina retardant seuneu ogé boga pangaruh négatip on konduktivitas ionik éléktrolit jeung reversibility sirkulasi éléktrolit bari ngaronjatkeun refractiveness éléktrolit.

Ieu umumna: 1 eusi karbon gugus alkil anyar; 2 gugus aromatik (fenil) gugus substitusi gugus alkil; 3 ngabentuk fosfat struktur siklik. Bahan halogénasi organik (pangleyur halogénasi): tahan seuneu halogén organik penting pikeun flu flu flu flu. Saatos H diganti ku F, sipat fisikna parantos robih, sapertos panurunan titik lebur, panurunan viskositas, perbaikan stabilitas kimia sareng éléktrokimia, jsb.

Retardan seuneu halogenik organik penting kalebet karbonat fluorosiklik, karbonat rantai fluoro sareng éter alkil-perfluorodekana, jsb. OHMI jeung fluororétil éter komparatif séjén, sanyawa fluorida nu ngandung fluorida némbongkeun yén tambahan 33,3% (fraksi volume) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (rasio volume 1: 1: 1) éléktrolit ngabogaan titik nyala leuwih High, potensi réduksi leuwih luhur batan pangleyur organik EC, DEC jeung PC, nu bisa gancang ngabentuk pilem SEI dina beungeut grafit alam, ngaronjatkeun muatan munggaran tur ngurangan efisiensi Cullen jeung kapasitas ngurangan. Fluorida sorangan henteu nganggo fungsi néwak radikal bébas tina retardant seuneu anu dijelaskeun di luhur, ngan ukur éncér ko-pangleyur anu volatile sareng gampang kaduruk, janten ngan ukur rasio volume dina éléktrolit biasana (70%) Nalika éléktrolit henteu kaduruk. Retardan seuneu komposit: Retardan seuneu komposit anu ayeuna dianggo dina éléktrolit gaduh sanyawa PF sareng sanyawa kelas NP, zat anu ngawakilan gaduh héksamétilfosfat (HMPA), fluorofosfat, jsb.

Retardan seuneu gaduh pangaruh anu tahan seuneu ku ngagunakeun sinergis dua elemen anu tahan seuneu. FEI et al. Ngajukeun dua NP tahan seuneu MEEP sareng MEE, sareng rumus molekulna dipidangkeun dina Gambar 1.

Licf3SO3 / MeEP:PC = 25:75, éléktrolit bisa ngurangan flammability 90%, sarta konduktivitas bisa ngahontal 2,5 × 10-3S / cm. 2) Overcharged aditif: Runtuyan réaksi lumangsung nalika batré litium-ion geus overcharged.

Komponén éléktrolit (penting nyaéta pangleyur) inveraffling beungeut réaksi dékomposisi oksidatif dina beungeut éléktroda positif, gas dihasilkeun sarta jumlah panas dileupaskeun, hasilna kanaékan tekanan internal batré jeung naékna suhu, sarta kaamanan batré anu serius kapangaruhan. Tina mékanisme tujuanana, aditif panyalindungan overchaul penting pikeun jinis kakuatan oksidatif sareng dua jinis polimérisasi listrik. Tina jinis aditif, éta tiasa dibagi kana litium halida, sanyawa metalosin.

Ayeuna, hiji overchaled tambahan tambahan adaprase tambahan (BP) jeung cyclohexylbenzene (CHB) on redox aditif anti overchard prinsipna lamun tegangan ngecas ngaleuwihan tegangan cutoff normal, aditif dimimitian dina éléktroda positif. Réaksi oksidasi, produk oksidasi diffuses ka éléktroda négatip, sarta réaksi réduksi lumangsung. Oksidasi ditutup antara kutub positif jeung negatif, nyerep kaleuwihan muatan.

Zat wawakilna gaduh ferrosin sareng turunanna, ferrid 2,2-piridin sareng kompleks 1,10-padeukeut glenolin, turunan tiol. Polimérisasi blok aditif anti kaeusi. Zat anu ngawakilan kalebet cyclohexylbenzene, biphenyl sareng zat sanésna.

Nalika biphenyl dipaké salaku aditif pre-muatan, nalika tegangan ngahontal 4.5 mun 4.7V, biphenyl ditambahkeun ieu electrochemically polymerized, ngabentuk lapisan pilem conductive dina beungeut éléktroda positif, ngaronjatkeun daya tahan internal batré, kukituna ngawatesan batré panyalindungan ayeuna ngecas.

2.2.2 Ion cair ion éléktrolit cair sagemblengna diwangun ku Yin jeung kation.

Kusabab ion interi atawa volume kationik lemah, panengah lemah, sebaran éléktron henteu rata, sarta oan-sensoon bisa bébas gerak dina suhu kamar, nu cair. Ieu bisa dibagi kana imidazole, pyrazole, piridin, uyah amonium kuartener, jsb. Dibandingkeun jeung pangleyur organik biasa batré ion litium, cairan ionik boga 5 kaunggulan: 1 stabilitas termal tinggi, 200 ° C teu bisa terurai; 2 tekanan uap ampir 0, teu kudu salempang ngeunaan batréna; 3 cairan ionik teu gampang combusture No corrosiveness; 4 ngabogaan konduktivitas listrik tinggi; 5 stabilitas kimiawi atawa éléktrokimia anu alus.

AN atawa sarupa ngabentuk PP13TFSI na 1Mollipf6ec / Dec (1: 1) kana hiji éléktrolit, nu bisa ngahontal épék lengkep non-suluh, sarta nambahan 2 wt% liboB aditif dina sistem ieu nyata ngaronjatkeun kasaluyuan panganteur. Hiji-hijina masalah anu kedah direngsekeun nyaéta konduktivitas ion dina sistem éléktrolit. 2.

2.3 Milih stabilitas termal uyah litium hexafluorophosphate (LiPF6) mangrupakeun uyah litium éléktrolit loba dipaké dina batré litium-ion komoditi. Sanajan alam tunggal na teu optimal, kinerja sakabéh na paling nguntungkeun.

Sanajan kitu, LiPF6 ogé boga disadvantage na, contona, LiPF6 nyaéta kimiawi sarta thermodynamically teu stabil, sarta réaksi lumangsung: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), réaksi dihasilkeun PF5 gampang narajang pangleyur organik dina atom oksigén Ngalamun mun éléktron, hasilna polimérisasi loop kabuka sarta beungkeutan éter dina suhu luhur utamana serius. Panaliti ayeuna ngeunaan uyah éléktrolit suhu luhur konsentrasi dina widang uyah litium organik. Zat ngawakilan penting jeung uyah basis boron, uyah litium basis imine.

LIB (C2O4) 2 (liboB) nyaéta uyah éléktrolit anu nembé disintésis dina taun-taun ayeuna. Cai mibanda loba sipat alus teuing, decomposing hawa 302 ° C, bisa ngabentuk pilem SEI stabil dina éléktroda négatip. Ningkatkeun kinerja grafit dina leyuran electrolytic dumasar PC, tapi viskositas na badag, impedansi tina pilem SEI kabentuk [14].

Suhu dékomposisi LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) nyaéta 360 ° C, sareng konduktivitas ion dina suhu normal rada handap tina LiPF6. Stabilitas éléktrokimia anu saé, sareng poténsi oksidasi sakitar 5.0V, anu mangrupikeun uyah litium paling organik, tapi éta korosi serius tina cairan susunan dasar Al.

2.2.4 Polimér Éléktrolit Loba komoditi batré ion litium ngagunakeun pangleyur karbonat kaduruk tur volatile, lamun leakage a kamungkinan ngabalukarkeun seuneu.

Ieu hususna batré litium-ion anu kuat anu kapasitasna luhur, kapadetan énergi anu luhur. Gantina nganggo éléktrolit polimér anu teu sopan tibatan éléktrolit cair organik anu gampang kaduruk, éta tiasa sacara signifikan ningkatkeun kasalametan batré litium-ion. Panalungtikan ngeunaan éléktrolit polimér, utamana gél-tipe polimér éléktrolit geus nyieun kamajuan hébat.

Ayeuna, éta parantos suksés dianggo dina batré litium-ion komérsial. Numutkeun klasifikasi awak polimér, éléktrolit polimér gél penting kalayan tilu kategori ieu: éléktrolit polimér dumasar PAN, éléktrolit polimér PMMA, éléktrolit polimér dumasar PVDF. Tapi, éléktrolit polimér tipe gél saleresna mangrupikeun hasil tina kompromi éléktrolit polimér garing sareng kompromi éléktrolit cair, sareng batré polimér jinis gél masih seueur padamelan anu kedah dilakukeun.

2.3 Bahan positip bisa nangtukeun yén bahan éléktroda positip teu stabil nalika tegangan kaayaan ngecas nyaeta luhur 4V, sarta éta gampang pikeun ngahasilkeun panas leyur dina suhu luhur ka terurai oksigén, oksigén jeung pangleyur organik terus meta jumlah badag panas sarta gas lianna, ngurangan kasalametan batréna [2, 17-19]. Ku alatan éta, réaksi éléktroda positif jeung éléktrolit dianggap ngabalukarkeun penting panas.

Ngeunaan bahan normal, ningkatkeun metodeu umum kaamananna nyaéta modifikasi palapis. Pikeun palapis permukaan bahan éléktroda positif jeung MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, jeung sajabana, bisa ngurangan réaksi maot + -pungkur positif sarta éléktrolit bari ngurangan kromatografi éléktroda positif, inhibiting parobahan fase zat éléktroda positif.

Ningkatkeun stabilitas strukturna, ngurangan résistansi gangguan kation dina kisi, kukituna ngurangan réaksi sekundér tina prosés sirkulasi. 2.4 Bahan karbon ayeuna ngagunakeun aréa permukaan husus low, muatan luhur sarta platform ngurangan, muatan leutik tur platform ngurangan, stabilitas termal rélatif luhur, kaayaan termal kawilang alus, thermostability rélatif luhur, thermostability rélatif luhur, thermostability rélatif luhur.

Sapertos microspheres karbon fase panengah (MCMB), atanapi Li9Ti5o12 tina struktur spinel, anu langkung saé tibatan stabilitas struktural grafit laminated [20]. Metodeu ayeuna ningkatkeun kinerja bahan karbon penting pikeun perlakuan permukaan (oksidasi permukaan, halogénasi permukaan, cladding karbon, logam palapis, oksida logam, palapis polimér) atawa ngenalkeun logam atawa doping non-logam. 2.

5 Diafragma ayeuna dilarapkeun dina accu litium-ion komérsial masih bahan polyolefin, jeung kalemahan penting na panas sarta resapan cairan electrolytic goréng. Dina raraga nungkulan defects ieu, panalungtik geus diusahakeun sababaraha cara, kayaning néangan bahan stabilitas termal, atawa nambahan jumlah leutik Al2O3 atanapi SiO2 nanopowdia, nu teu ngan boga diafragma umum, tapi ogé mibanda stabilitas termal tina bahan éléktroda positif. ngagunakeun.

MIAO dkk, polyimide nano nonwoven fabrikasi disiapkeun ku métode spinning éléktrostatik. DR na TGA-kawas characterization hartina némbongkeun yén éta teu ngan bisa ngajaga stabilitas termal dina 500 ° C, tapi ogé mibanda infiltrasi éléktrolit hadé relatif ka diafragma CELGARD. Wang et al disiapkeun AL2O3-PVDF mémbran microporous nanoscopic, nu némbongkeun sipat éléktrokimia alus sarta stabilitas termal, satisfying pamakéan separators batré litium-ion.

3 Ringkesan sareng ngarepkeun batré litium-ion pikeun kendaraan listrik sareng neundeun énergi, anu langkung ageung tibatan alat éléktronik alit, sareng lingkungan pamakean langkung rumit. Kasimpulanana, urang tiasa ningali yén kaamananna jauh tina ngabéréskeun, sareng parantos janten bottleneck téknis ayeuna. Karya saterusna kudu di jero kana pangaruh termal nu batréna bisa hasil sanggeus operasi abnormal, sarta manggihan cara éféktif pikeun ngaronjatkeun kinerja kaamanan batré ion litium.

Kiwari, pamakéan pangleyur nu ngandung fluorine sarta aditif retardant seuneu mangrupa arah penting pikeun ngembangkeun batré litium-ion tipe kaamanan. Kumaha saimbang kinerja éléktrokimia jeung kaamanan suhu luhur bakal fokus panalungtikan hareup. Contona, hiji-kinerja tinggi komposit retardant seuneu integral terpadu set P, N, F, jeung CL dikembangkeun, sarta pangleyur organik ngabogaan titik golak tinggi, titik flash tinggi dimekarkeun, sarta solusi electrolytic kinerja kaamanan tinggi dihasilkeun.

Retardan seuneu komposit, aditif fungsi ganda ogé bakal janten tren pangembangan anu bakal datang. Ngeunaan bahan éléktroda batré litium ion, sipat kimia permukaan bahan béda, darajat sensitipitas bahan éléktroda dina muatan jeung ngurangan poténsial téh inconsistent, sarta mustahil ngagunakeun hiji atawa kawates sababaraha éléktroda / éléktrolit / aditif kana sakabéh desain struktural batré. Ku alatan éta, dina mangsa nu bakal datang, urang kudu difokuskeun ngamekarkeun sistem batré béda pikeun bahan éléktroda husus.

Dina waktos anu sami, éta ogé ngembangkeun sistem batré litium-ion polimér kalayan kaamanan anu luhur atanapi ngembangkeun éléktrolit padet anorganik anu gaduh konduktif kation tunggal sareng angkutan ion gancang sareng thermostability tinggi. Sajaba ti éta, ngaronjatkeun kinerja cairan ionik, ngamekarkeun sistem sintétik basajan tur murah ogé mangrupa bagian penting tina panalungtikan kahareup.