Framsteg inom forskning om termisk förlust av laddningslitiumbatteri

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Soláthraí Stáisiún Cumhachta Inaistrithe

Sammanfattning: Sammanfattning av de senaste framstegen och utvecklingsmöjligheterna för forskning om litiumjonbatterier med hög säkerhet. Viktigt från högtemperaturstabiliteten hos elektrolyter och elektroder, orsakerna till termisk instabilitet hos litiumjonbatterier och deras mekanismer har klargjort att det befintliga kommersiella litiumjonbatterisystemet är otillräckligt vid höga temperaturer, föreslår att utveckla högtemperaturelektrolyter, positiva och negativa modifieringar och extern batterihantering, etc. att designa högsäkerhets litiumjonbatterier.

Utsikter om utvecklingen av den tekniska utsikten för utvecklingen av säkerhetslitiumjonbatterier. 0 Inledning Litiumjonbatterier blir en typisk representant för en ny typ av energi på grund av dess låga kostnad, höga prestanda, höga effekt och gröna miljö, som ofta används i 3C digitala produkter, mobil kraft och elektriska verktyg. Under de senaste åren, på grund av intensifiering av miljöföroreningar och nationell politisk vägledning, har elfordonsbaserad elfordonsmarknad ökat efterfrågan på litiumjonbatterier, i processen att utveckla högeffekts litiumjonbatterisystem har batterisäkerhetsfrågor väckt stor uppmärksamhet , Befintliga problem måste snarast lösas ytterligare.

Temperaturförändringen av batterisystemet bestäms av uppkomsten av värme och fördelade två faktorer. Förekomsten av värme av litiumjonbatteri är viktigt orsakas av reaktionen mellan termisk nedbrytning och batterimaterial. Minska värmen i batterisystemet och förbättra systemet med anti-hög temperatur prestanda, batterisystemet är säkert.

Och liten bärbar utrustning som mobiltelefoner, den bärbara datorns batterikapacitet är i allmänhet mindre än 2AH, och kapaciteten av litiumjonbatterier av strömtyp som används i elfordon är i allmänhet större än 10ah, och den lokala temperaturen är ofta högre än 55 °C under normal drift, och den inre temperaturen kommer att nå 300 °C. leder så småningom till termisk okontroll och batteriförbränning eller explosion [3]. Förutom sina egna kemiska reaktionsfaktorer har vissa människor en kortslutning orsakad av överhettning, omkörning och mekanisk påverkan, vissa artificiella faktorer kan också leda till att ett litiumjonbatteri uppstår för att orsaka säkerhetsolyckor. Därför är det viktigt att studera och förbättra högtemperaturprestandan hos litiumjonbatterier.

1 termisk okontrollerad orsaksanalys av termisk okontrollerad litiumjonbatteri är viktig eftersom den interna temperaturen i batteriet stiger. För närvarande är det mest använda elektrolytsystemet i kommersiella litiumjonbatterier en blandad karbonatlösning av LiPF6. Sådant lösningsmedel har hög flyktighet, låg flampunkt, mycket lätt att förbränna.

När den interna kortslutningen orsakad av kollision eller deformerad, en hög hastighet laddning och urladdning och omkörning, kommer det att finnas mycket värme, vilket resulterar i att höja batteriets temperatur. När en viss temperatur uppnås kommer en serie nedbrytningsreaktioner att göra att batteriets termiska balans förstörs. När värmen som frigörs av dessa kemiska reaktioner inte kan evakueras i tid, kommer det att förvärra reaktionens fortskridande och utlösa en serie självuppvärmande bireaktioner.

Batteritemperaturen stiger kraftigt, det vill säga "termisk utom kontroll", vilket så småningom leder till att batteriet brinner, och till och med en explosion inträffar allvarligt. I allmänhet är orsaken till termisk okontrollerad litiumjonbatteri viktig i elektrolytens termiska instabilitet, såväl som den termiska instabiliteten hos elektrolyten och positiva och negativa elektroder samexistens. För närvarande, från en stor aspekt, är säkerheten för litiumjonbatterier viktig från extern hantering och intern design för att kontrollera intern temperatur, spänning och lufttryck för att uppnå säkerhetsändamål.

2 Lös strategi för termisk okontrollerad 2. Extern hantering 1) PTC-komponent (positiv temperaturkoefficient): Installera PTC-komponenten i ett litiumjonbatteri, som tar hänsyn till trycket och temperaturen inuti batteriet, och när batteriet värms upp av överladdning är batteriet 10. Motståndet ökar för att begränsa strömmen, och spänningen mellan de positiva och negativa polerna reduceras till en säker spänning för att förverkliga den automatiska batteriskyddsfunktionen. 2) Explosionssäker ventil: När batteriet är för stort på grund av onormalt, deformeras den explosionssäkra ventilen, som kommer att placeras inuti batteriet som ska anslutas, sluta ladda.

3) Elektronik: 2 ~ 4 batteripaket kan förfina den elektroniska kretsdesignens litiumjonskydd, förhindra överladdning och överurladdning, förhindra säkerhetsolyckor, förlänga batteriets livslängd. Naturligtvis har dessa externa kontrollmetoder en viss effekt, men dessa ytterligare enheter har lagt till komplexiteten och produktionskostnaden för batteriet, och de kan inte helt lösa problemet med batterisäkerhet. Därför är det nödvändigt att upprätta en egensäkerhetsskyddsmekanism.

2.2 Förbättring av elektrolytelektrolytelektrolyten som ett litiumjonbatteri, elektrolytens natur bestämmer direkt batteriets prestanda, batteriets kapacitet, driftstemperaturområdet, cykelprestanda och säkerhetsprestanda är viktiga. För närvarande, kommersiella litiumjonbatteri elektrolytiska lösningssystem, den mest använda sammansättningen är LIPF6, vinylkarbonat och linjärt karbonat.

Fronten är en oumbärlig ingrediens, och deras användning har också vissa begränsningar när det gäller batteriprestanda. Samtidigt används en stor mängd lågkokande, låg flampunkt av karbonatlösningsmedel i elektrolyten, som kommer att ha lägre temperaturer. Flash, det finns en stor säkerhetsrisk.

Därför försöker många forskare förbättra elektrolytsystemet för att förbättra elektrolyternas säkerhetsprestanda. I det fall då batteriets huvudkroppsmaterial (inklusive elektrodmaterialet, membranmaterialet, elektrolytmaterialet) inte förändras på kort tid, är elektrolytens stabilitet ett viktigt sätt att förbättra säkerheten för litiumjonbatterier. 2.

2.1 Funktionell additiv funktion tillsatser har mindre dosering, riktad funktion. Det vill säga, det kan avsevärt förbättra vissa makroskopiska prestanda hos batteriet utan att ändra produktionsprocessen utan att byta eller väsentligen inga nya batterikostnader.

Därför har funktionstillsatser blivit en het punkt i dagens litiumjonbatteri, vilket är en av de mest lovande vägarna som för närvarande är den mest lovande patogena lösningen av litiumjonbatterielektrolyt. Den grundläggande användningen av tillsatsen är att förhindra att batteritemperaturen blir för hög och att batterispänningen begränsas till kontrollområdet. Därför beaktas även tillsatsens design utifrån temperaturen och laddningspotentialen.

Flamskyddstillsats: Den flamskyddande tillsatsen kan också delas in i organiska fosfor flamskyddande tillsatser, en kvävehaltig sammansatt flamskyddstillsats, en kiselbaserad flamskyddstillsats och en sammansatt flamskyddstillsats. 5 viktiga kategorier. Organisk fosforcell-flammhämmare: Viktigt inkluderar en del alkylfosfat, alkylfosfit, fluorfosfat och fosfatnitrilföreningar.

Den flamskyddande mekanismen är viktig för kedjereaktionen av flamskyddsmolekyler som stör vätefria radikaler, även känd som mekanism för infångning av fria radikaler. Additiv förgasningssönderdelning frigör fosforhaltiga fria radikaler, de fria radikalernas förmåga att avsluta en kedjereaktion. Fosfat flamskyddsmedel: Viktigt fosfat, trietylfosfat (TEP), tributylfosfat (TBP), etc.

Fosfatnitrilförening såsom hexametylfosfazen (HMPN), alkylfosfit såsom trimetylfosfit (TMPI), tre-(2,2,2-trifluoretyl), fosfit (TT-FP), fluorerad syraester, såsom tre-(2,2,2-trifluoretyl)fos (TFP), di-(2,2,2-trifluoretyl)-metylfosfat (BMP), (2,2,2-trifluoretyl) - dietylfosfat (TDP), fenylfosfat (DPOF), etc. är en bra flamskyddande tillsats. Fosfatet har typiskt en relativt hög viskositet, dålig elektrokemisk stabilitet, och tillsatsen av flamskyddsmedlet har också en negativ effekt på elektrolytens jonledningsförmåga och elektrolytens cirkulationsreversibilitet samtidigt som elektrolytens brytningsförmåga ökar.

Det är i allmänhet: 1 kolhalt i nya alkylgrupper; 2 aromatisk (fenyl) gruppdel substituerad alkylgrupp; 3 bildar fosfat med cyklisk struktur. Organiskt halogenerat material (halogenerat lösningsmedel): organiskt halogeniskt flamskyddsmedel är viktigt för influensainfluensa. Efter att H har ersatts av F har dess fysikaliska egenskaper förändrats, såsom minskning av smältpunkt, minskning av viskositet, förbättring av kemisk och elektrokemisk stabilitet, etc.

Det organiska halogeniska flamskyddsmedlet är viktigt att inkludera fluorcykliska karbonater, fluorkedjekarbonater och alkylperfluordekaneter, etc. OHMI och andra jämförande fluoretyleter, fluoridhaltiga fluorföreningar visade att tillsatsen av 33,3% (volymfraktion) 0.

67 mol / lliclo4 / Ec + DEC + PC (volymförhållande 1: 1: 1) elektrolyt har en högre flampunkt, reduktionspotentialen är högre än det organiska lösningsmedlet EC, DEC och PC, som snabbt kan bilda en SEI-film på ytan av den naturliga grafiten, förbättra den första laddningen och urladdningen av Cullens effektivitet och urladdningskapacitet. Fluoriden i sig har inte användningen av den fria radikalfångningsfunktionen hos det flamskyddsmedel som beskrivs ovan, bara för att späda ut högflyktiga och brandfarliga hjälplösningsmedel, så endast volymförhållandet i elektrolyten är mestadels (70%) När elektrolyten inte är brandfarlig. Komposit flamskyddsmedel: Det sammansatta flamskyddsmedel som för närvarande används i elektrolyten har en PF-förening och en förening av NP-klass, representativa ämnen har en viktig hexametylfosforid (HMPA), fluorfosfat, etc.

Flamskyddsmedel utövar flamskyddande effekt genom synergistisk användning av två flamskyddselement. FEI et al. Föreslår två NP flamskyddsmedel MEEP och MEE, och dess molekylformel visas i figur 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, elektrolyten kan minska brännbarheten med 90%, och konduktiviteten kan nå 2,5 × 10-3S / cm. 2) Överladdat tillsats: En serie reaktioner inträffar när litiumjonbatteriet är överladdat.

Elektrolytkomponenten (viktigt är lösningsmedlet) påverkar ytan av oxidativa nedbrytningsreaktioner i ytan av den positiva elektroden, gasen genereras och mängden värme frigörs, vilket resulterar i ökningen av batteriets inre tryck och temperaturhöjningen, och batteriets säkerhet påverkas allvarligt. Från syftets mekanism är skyddstillsatsen viktig för den oxidativa strippningseffekttypen och två typer av elektrisk polymerisationstyp. Från typen av tillsats kan den delas in i litiumhalogenid, metallocenförening.

För närvarande är en överkallad ytterligare ytterligare adapras (BP) och cyklohexylbensen (CHB) på redox-anti-overchard-tillsatser principen när laddningsspänningen överstiger den normala cutoff-spänningen, tillsatsen börjar vid den positiva elektroden. Oxidationsreaktionen, oxidationsprodukten diffunderar till den negativa elektroden, och reduktionsreaktionen inträffar. Oxidation är stängd mellan de positiva och negativa polerna, absorberar överskottsladdning.

Dess representativa ämnen har en ferrocen och dess derivat, ferrid 2,2-pyridin och ett komplex av 1,10-angränsande glenolin, tiolderivat. Polymerisationsblock antifylld tillsats. Representativa ämnen inkluderar cyklohexylbensen, bifenyl och andra ämnen.

När bifenylen används som ett förladdat tillsatsmedel, när spänningen når 4,5 till 4,7V, polymeriseras den tillsatta bifenylen elektrokemiskt och bildar ett lager av ledande film på ytan av den positiva elektroden, vilket ökar batteriets inre resistans, vilket begränsar laddningsströmskyddsbatteriet.

2.2.2 Jon flytande jon flytande elektrolyt är helt sammansatt av yin och katjon.

Eftersom de inre jonerna eller katjoniska volymerna är svaga, är mellanprodukten svag, elektronfördelningen är ojämn, och oan-censunen kan vara fri att röra sig vid rumstemperatur, som är flytande. Det kan delas in i imidazol, pyrazol, pyridin, kvartärt ammoniumsalt, etc. Jämfört med det vanliga organiska lösningsmedlet i litiumjonbatterier har joniska vätskor 5 fördelar: 1 hög termisk stabilitet, 200 ° C kan inte sönderdelas; 2 ångtryck är nästan 0, behöver inte oroa dig för batteriet; 3 jonisk vätska är inte lätt att förbränna Ingen korrosivitet; 4 har en hög elektrisk ledningsförmåga; 5 kemisk eller elektrokemisk stabilitet är god.

AN eller liknande bildar PP13TFSI och 1Mollipf6ec / Dec (1:1) till en elektrolyt, som kan uppnå helt icke-bränsleeffekter, och tillsätt 2 viktprocent liboB-tillsats i detta system för att avsevärt förbättra gränssnittskompatibiliteten. Det enda problemet som behöver lösas är jonens konduktivitet i elektrolytsystemet. 2.

2.3 Val av termisk stabilitet för litiumsalt hexafluorofosfat (LiPF6) är ett allmänt använt elektrolytlitiumsalt i ett litiumjonbatteri. Även om dess enskilda karaktär inte är optimal, är dess totala prestanda den mest fördelaktiga.

Men LiPF6 har också sin nackdel, till exempel är LiPF6 kemiskt och termodynamiskt instabil, och reaktionen sker: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), den reaktion som genereras PF5 är lätt att angripa det organiska lösningsmedlet i syreatomen Ensam för elektroner, vilket resulterar i den öppna slingan polymerisationen och den allvarliga eterbindningen av denna reaktion är särskilt vid hög temperatur. Aktuell forskning om högtemperaturelektrolytsalter är koncentrerad till organiska litiumsaltfält. Representativa ämnen är viktiga med borbaserade salter, iminbaserade litiumsalter.

LIB (C2O4) 2 (liboB) är ett nyligen syntetiserat elektrolytsalt under de senaste åren. Den har många utmärkta egenskaper, sönderdelningstemperaturer 302 ° C, kan bilda en stabil SEI-film i en negativ elektrod. Förbättra prestandan hos grafit i den PC-baserade elektrolytiska lösningen, men dess viskositet är stor, impedansen hos SEI-filmen som bildas [14].

Nedbrytningstemperaturen för LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) är 360 ° C, och jonledningsförmågan vid normal temperatur är något lägre än LiPF6. Den elektrokemiska stabiliteten är god, och oxidationspotentialen är ca 5,0V, vilket är det mest organiska litiumsaltet, men det Allvarlig korrosion av Al-bashärdad vätska.

2.2.4 Polymerelektrolyt Många vanliga litiumjonbatterier använder brandfarliga och flyktiga karbonatlösningsmedel om ett läckage sannolikt kan orsaka brand.

Detta är särskilt det kraftfulla litiumjonbatteriet med hög kapacitet, hög energitäthet. Istället för att använda skrupelfria polymerelektrolyter istället för brandfarliga organiska flytande elektrolyter kan det avsevärt förbättra säkerheten för litiumjonbatterier. Forskningen av polymerelektrolyt, särskilt polymerelektrolyt av geltyp, har gjort stora framsteg.

För närvarande har den använts framgångsrikt i kommersiella litiumjonbatterier. Enligt polymerkroppsklassificeringen är gelpolymerelektrolyten viktig med följande tre kategorier: PAN-baserad polymerelektrolyt, PMMA-polymerelektrolyt, PVDF-baserad polymerelektrolyt. Emellertid är polymerelektrolyten av geltyp faktiskt ett resultat av en kompromiss mellan en torr polymerelektrolyt och en kompromiss med flytande elektrolyt, och polymerbatterier av geltyp har fortfarande mycket att göra.

2.3 Det positiva materialet kan bestämma att det positiva elektrodmaterialet är instabilt när laddningstillståndsspänningen är över 4V, och det är lätt att generera en värme löst i höga temperaturer för att sönderdela syre, syre och organiska lösningsmedel fortsätter att reagera en stor mängd värme och andra gaser, minska batteriets säkerhet [2, 17-19]. Därför anses reaktionen mellan den positiva elektroden och elektrolyten vara en viktig orsak till värme.

När det gäller det normala materialet, förbättra den vanliga metoden för dess säkerhet är beläggningsmodifiering. För ytbeläggning av det positiva elektrodmaterialet med MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2, etc., kan minska reaktionen av Die +-bakre positiv och elektrolyt samtidigt som kromatografin av den positiva elektroden reduceras, vilket hämmar fasförändringen av den positiva elektrodsubstansen.

Förbättra dess strukturella stabilitet, reducera störningsmotståndet hos katjoner i gittret, och därigenom minska den sekundära reaktionen av cirkulationsprocessen. 2.4 Kolmaterial använder för närvarande en låg specifik yta, en högre laddnings- och urladdningsplattform, en liten laddnings- och urladdningsplattform, en relativt hög termisk stabilitet, ett relativt bra termiskt tillstånd, en relativt hög termostabilitet, en relativt hög termostabilitet, en relativt hög termostabilitet.

Såsom mellanfas kolmikrosfärer (MCMB) eller Li9Ti5o12 med spinellstruktur, vilket är bättre än strukturstabiliteten hos laminerad grafit [20]. Metoden för att för närvarande förbättra prestandan hos kolmaterial är viktig för ytbehandling (ytoxidation, ythalogenering, kolbeklädnad, beläggning av metall, metalloxid, polymerbeläggning) eller för införande av metall eller icke-metallisk dopning. 2.

5 Det membran som för närvarande används i kommersiella litiumjonbatterier är fortfarande ett polyolefinmaterial, och dess viktiga nackdelar är heta och infiltrationen av elektrolytvätskor är dålig. För att övervinna dessa defekter har forskarna försökt många sätt, som att leta efter material med termisk stabilitet, eller lägga till en liten mängd Al2O3 eller SiO2 nanopowdia, som inte bara har ett gemensamt diafragma, utan också har en termisk stabilitet hos det positiva elektrodmaterialet. använda.

MIAO et al, polyimid nano-fiberduk framställd genom elektrostatisk spinnmetod. DR- och TGA-liknande karaktäriseringsmedel visar att den inte bara kan bibehålla termisk stabilitet vid 500 ° C, utan också har bättre elektrolytinfiltration i förhållande till CELGARD-membranet. WANG et al framställde AL2O3-PVDF nanoskopiskt mikroporöst membran, som uppvisar goda elektrokemiska egenskaper och termisk stabilitet, vilket tillfredsställer användningen av litiumjonbatteriseparatorer.

3 Sammanfattning och ser fram emot litiumjonbatterier för elfordon och energilagring, som är mycket större än liten elektronisk utrustning, och användningsmiljön är mer komplicerad. Sammanfattningsvis kan vi se att dess säkerhet är långt ifrån att lösa, och har blivit den nuvarande tekniska flaskhalsen. Efterföljande arbete bör vara djupgående för den termiska effekten som batteriet kan resultera i efter onormal drift, och hitta ett effektivt sätt att förbättra säkerhetsprestandan hos litiumjonbatterier.

För närvarande är användningen av fluorhaltiga lösningsmedel och flamskyddande tillsatser en viktig riktning för att utveckla ett litiumjonbatteri av säkerhetstyp. Hur man balanserar elektrokemisk prestanda och hög temperatursäkerhet kommer att vara framtida forskningsfokus. Till exempel utvecklas en högpresterande komposit flamskyddande integrerad integrerad uppsättning P, N, F och CL, och ett organiskt lösningsmedel med hög kokpunkt, hög flampunkt utvecklas och en elektrolytisk lösning med hög säkerhetsprestanda produceras.

Sammansatta flamskyddsmedel, dubbla funktionstillsatser kommer också att bli framtida utvecklingstrender. När det gäller litiumjonbatteriets elektrodmaterial är materialets ytkemiska egenskaper olika, graden av känslighet hos elektrodmaterialet på laddnings- och urladdningspotentialen är inkonsekvent, och det är omöjligt att använda en eller begränsad flera elektroder / elektrolyter / tillsatser till all batterikonstruktion. Därför bör vi i framtiden fokusera på att utveckla olika batterisystem för specifika elektrodmaterial.

Samtidigt utvecklar man också ett polymer litiumjonbatterisystem med hög säkerhet eller utveckling av oorganisk fast elektrolyt med enkatjonledande och snabb jontransport och hög termostabilitet. Dessutom är förbättring av jonisk vätskeprestanda, utveckling av enkla och billiga syntetiska system också en viktig del av den framtida forskningen.