Advances in research on thermal loss of charging lithium battery

2022/04/08

Автор: Iflowpower –Постачальник портативних електростанцій

Анотація: Резюме останніх досягнень та перспектив розвитку досліджень літій-іонних акумуляторів високої безпеки. Важливо з високотемпературної стабільності електролітів і електродів, причин термічної нестабільності літій-іонних батарей та їх механізмів з'ясовано, що існуюча комерційна система літій-іонних акумуляторів неадекватна при високих температурах, пропонується розробляти високотемпературні електроліти, позитивні та негативні. модифікації та керування зовнішнім акумулятором тощо для розробки високобезпечних літій-іонних акумуляторів.

Перспективи розвитку технічної перспективи розвитку безпечних літій-іонних акумуляторів. 0 Вступ Літій-іонні батареї стають типовим представником нового типу енергії завдяки своїй низькій вартості, високої продуктивності, високої потужності та екологічності, широко використовуються в цифрових продуктах 3C, мобільних електроінструментах та електроінструментах. В останні роки через посилення забруднення довкілля та вказівки національної політики ринок електромобілів на базі електромобілів збільшив попит на літій-іонні акумулятори, у процесі розробки систем літій-іонних акумуляторів високої потужності питання безпеки акумуляторів привернули увагу. велика увага , Існуючі проблеми терміново потребують подальшого вирішення.

Зміна температури акумуляторної системи визначається появою тепла і розподіляється двома факторами. Виникнення тепла літій-іонної батареї є важливою причиною реакції між термічним розкладом і матеріалом батареї. Зменшіть нагрівання акумуляторної системи та покращіть роботу системи проти високих температур, система акумулятора безпечна.

А невелике портативное обладнання, таке як мобільні телефони, ємність акумулятора ноутбука, як правило, менше 2 AH, а ємність літій-іонного акумулятора, що використовується в електромобілях, зазвичай перевищує 10 Ah, а місцева температура часто перевищує 55 ° C. під час нормальної роботи, а внутрішня температура досягне 300 ° C. При високій температурі або умовах високої швидкості заряду та розряду підвищення температури та температури органічного розчинника горючості викличе низку побічних реакцій, що в кінцевому підсумку призведе до виходу тепла з-під контролю та горіння або вибух батареї [3]. На додаток до власних хімічних факторів реакції, у деяких людей є коротке замикання, викликане перегрівом, обгоном та механічним впливом, деякі штучні фактори також можуть призвести до виникнення літій-іонної батареї, щоб викликати нещасні випадки. Тому важливо вивчати та покращувати високотемпературні характеристики літій-іонних акумуляторів.

1 Термічний неконтрольований аналіз причин теплового виходу з-під контролю літій-іонної батареї є важливим, оскільки внутрішня температура батареї підвищується. На даний момент найбільш широко використовуваною системою електроліту в комерційних літій-іонних акумуляторах є змішаний карбонатний розчин LiPF6. Такий розчинник має високу летючість, низьку температуру спалаху, дуже легко горить.

Коли внутрішнє коротке замикання, викликане зіткненням або деформацією, великою швидкістю заряду та розряду та обгону, буде багато тепла, що призведе до підвищення температури батареї. При досягненні певної температури низка реакцій розкладання призведе до руйнування теплового балансу батареї. Коли тепло, що виділяється цими хімічними реакціями, не може бути евакуйовано вчасно, це посилить перебіг реакції та спричинить ряд побічних реакцій самонагрівання.

Температура батареї різко підвищується, тобто «термічна виходить з-під контролю», що в кінцевому підсумку призводить до згоряння батареї і навіть серйозного вибуху. Загалом, причина термічної неконтрольованої літій-іонної батареї важлива в термічній нестабільності електроліту, а також термічній нестабільності електроліту та співіснуванні позитивних і негативних електродів. Наразі, з великого аспекту, безпека літій-іонних батарей важлива від зовнішнього керування та внутрішнього дизайну для контролю внутрішньої температури, напруги та тиску повітря для досягнення цілей безпеки.

2 Вирішіть стратегію теплового виходу з контролю 2. Зовнішнє управління 1) Компонент PTC (позитивний температурний коефіцієнт): установіть компонент PTC в літій-іонний акумулятор, який враховує тиск і температуру всередині батареї, а також коли акумулятор нагрівається через перезарядку , акумулятор дорівнює 10 Опір збільшується для обмеження струму, а напруга між позитивним і негативним полюсами зменшується до безпечної напруги, щоб реалізувати функцію автоматичного захисту батареї. 2) Вибухозахищений клапан: коли акумулятор занадто великий через ненормальний, вибухобезпечний клапан деформується, який буде розміщено всередині акумулятора, який потрібно підключити, припиніть заряджання.

3) Електроніка: 2 ~ 4 акумуляторні батареї можуть удосконалити літій-іонний захист електронної схеми, запобігти перезарядженню та надмірному розряду, запобігти нещасним випадкам безпеки, подовжити термін служби акумулятора. Звичайно, ці зовнішні методи управління мають певний ефект, але ці додаткові пристрої додали складності та вартості виробництва батареї, і вони не можуть повністю вирішити проблему безпеки батареї. Тому необхідно встановити механізм власної безпеки.

2.2 Покращуючи електроліт електролітного електроліту як літій-іонного акумулятора, природа електроліту безпосередньо визначає продуктивність батареї, важливі ємність акумулятора, діапазон робочих температур, продуктивність циклу та безпека. В даний час у комерційних системах електролітичного розчину літій-іонних акумуляторів найбільш широко використовується композиція LIPF6, вінілкарбонат і лінійний карбонат.

Передня частина є незамінним компонентом, і їх використання також має деякі обмеження з точки зору продуктивності акумулятора. При цьому в електроліті використовується велика кількість низькокиплячого, низької температури спалаху карбонатного розчинника, який буде при більш низьких температурах. Спалах, є велика небезпека.

Тому багато дослідників намагаються вдосконалити систему електролітів, щоб підвищити показники безпеки електролітів. У випадку, коли основний матеріал корпусу батареї (включаючи матеріал електродів, матеріал діафрагми, матеріал електроліту) не змінюється за короткий період часу, стабільність електроліту є важливим способом підвищення безпеки літію. іонні батареї. 2.

2.1 Функціональна адитивна функція Добавки мають меншу дозування, цільову функцію. Тобто це може значно покращити певні макроскопічні характеристики батареї, не змінюючи виробничий процес, не змінюючи або істотно не витрачаючи новий акумулятор.

Тому функціональні добавки стали гарячою точкою в сучасних літій-іонних батареях, які є одним з найбільш перспективних шляхів, які на даний момент є найбільш перспективним патогенним розчином електроліту літій-іонного акумулятора. Основне використання добавки полягає в запобіганні занадто високої температури батареї, а напруга батареї обмежується діапазоном регулювання. Тому конструкція добавки також розглядається з точки зору температури та зарядного потенціалу.

Вогнезахисна добавка: вогнезахисну добавку також можна розділити на органічні фосфорні вогнезахисні добавки, азотовмісні складні вогнезахисні добавки, вогнезахисні добавки на основі кремнію та композитні вогнезахисні добавки. 5 важливих категорій. Антипірен для органічних фосфорних клітин: Важливими є деякі сполуки алкілфосфату, алкілфосфіту, фторфосфату та фосфатнітрилу.

Вогнезахисний механізм важливий для ланцюгової реакції вогнезахисних молекул, що впливають на вільні радикали водню, також відомий як механізм захоплення вільних радикалів. При адитивному розкладанні газифікації вивільняються фосфоровмісні вільні радикали, здатність вільних радикалів припиняти ланцюгову реакцію. Фосфатний антипірен: Важливий фосфат, триетилфосфат (TEP), трибутилфосфат (TBP) тощо.

Фосфатна нітрильна сполука, така як гексаметилфосфазен (HMPN), алкілфосфіт, такий як триметилфосфіт (TMPI), три-(2,2,2-трифторэтил), фосфіт (TT-FP), ефір фторованої кислоти, такий як три-(2) ,2,2-трифторэтил)фосфат (TFP), ді-(2,2,2-трифторэтил)-метилфосфат (BMP), (2,2,2-трифторетил) - діетилфосфат (TDP), фенілфосфат (DPOF) , тощо є хорошою вогнезахисною добавкою. Фосфат, як правило, має відносно велику в’язкість, погану електрохімічну стабільність, а додавання антипірену також негативно впливає на іонну провідність електроліту та оборотність циркуляції електроліту, одночасно збільшуючи заломлюючу здатність електроліту.

Зазвичай це: 1 вміст вуглецю в нових алкільних групах; 2 ароматична (фенільна) група, заміщена алкільна група; 3 утворюють циклічну структуру фосфату. Органічний галогенований матеріал (галогенований розчинник): органічний галогенний антипірен є важливим для грипу грипу. Після заміни Н на F його фізичні властивості змінилися, наприклад, зниження температури плавлення, зниження в’язкості, поліпшення хімічної та електрохімічної стабільності тощо.

До органічних галогенних антипіренів важливо віднести фторциклічні карбонати, карбонати фторланцюга і ефір алкіл-перфтордекан тощо. OHMI та інші порівняльні фторетилові ефіри, фторидовмісні фторидні сполуки показали, що додавання 33,3% (об’ємна частка) фтору.

67 моль / lliclo4 / Ec + DEC + PC (відношення об'ємів 1: 1: 1) електроліт має більш високу температуру спалаху, потенціал відновлення вище, ніж у органічного розчинника EC, DEC і PC, який може швидко утворювати плівку SEI на Поверхня природного графіту покращує ефективність першого заряду та розряду Каллена та ємність розряду. Сам фторид не використовує функцію захоплення вільних радикалів антипірену, описаного вище, лише для розведення високолетких та легкозаймистих співрозчинників, тому лише об’ємне співвідношення в електроліті переважно (70%), коли електроліт є не горючий. Композитний антипірен: композитний антипірен, який в даний час використовується в електроліті, має сполуку P-F і сполуку класу N-P, репрезентативна речовина має важливий гексаметилфосфорид (HMPA), фторфосфат тощо.

Антипірен має вогнезахисний ефект за рахунок синергетичного використання двох вогнезахисних елементів. FEI та ін. Пропонує два антипірени N-P MEEP і MEE, а його молекулярна формула показана на малюнку 1.

Licf3SO3 / MeEP :PC = 25:75, електроліт може знизити горючість на 90%, а провідність може досягати 2,5 × 10-3S / см. 2) Перезаряджена добавка: при перезарядженні літій-іонного акумулятора відбувається ряд реакцій.

Компонент електроліту (важливий розчинник), що проникає на поверхню реакцій окисного розкладання на поверхні позитивного електрода, утворюється газ і виділяється кількість тепла, що призводить до збільшення внутрішнього тиску батареї та температури. підвищується, і безпека батареї серйозно постраждає. З огляду на цільовий механізм, добавка захисту від перекачки важлива для енергетичного типу окислювального видалення та двох типів електричної полімеризації. За типом добавки її можна розділити на галогенід літію, металоценову сполуку.

На сьогоднішній день додаткова додаткова додаткова адапраза (BP) і циклогексилбензол (CHB) на окислювально-відновних добавках проти оверчарда є принципом, коли напруга зарядки перевищує нормальну напругу відсікання, добавка починається на позитивному електроді. Реакція окислення, продукт окислення дифундує до негативного електрода, і відбувається реакція відновлення. Окислення замикається між позитивним і негативним полюсами, поглинає надлишок заряду.

Його репрезентативними речовинами є фероцен і його похідне, ферид 2,2-піридин і комплекс 1,10-прилеглого гленоліну, тіолового похідного. Блок полімеризації протинаповнена добавка. Репрезентативні речовини включають циклогексилбензол, біфеніл та інші речовини.

Коли біфеніл використовується як попередньо заряджена добавка, коли напруга досягає 4,5-4,7 В, доданий біфеніл електрохімічно полімеризується, утворюючи шар провідної плівки на поверхні позитивного електрода, збільшуючи внутрішній опір батареї, тим самим обмежуючи зарядний струм захисту акумулятора.

2.2.2 Рідкий іонний рідкий електроліт повністю складається з інь і катіонів.

Оскільки проміжні йони або катіонні об’єми слабкі, проміжний продукт слабкий, розподіл електронів нерівномірний, і оан-цензун може вільно рухатися при кімнатній температурі, яка є рідиною. Його можна розділити на імідазол, піразол, піридин, четвертинну амонічну сіль і т. д. У порівнянні зі звичайним органічним розчинником літій-іонних акумуляторів, іонні рідини мають 5 переваг: 1 висока термічна стабільність, 200 ° C не розкладаються; 2 тиск пари майже 0, не варто турбуватися про акумулятор; 3 іонна рідина нелегко згоряє Відсутня корозійність; 4 має високу електропровідність; 5 хімічна або електрохімічна стабільність хороша.

AN або подібне утворює PP13TFSI і 1Mollipf6ec / Dec (1:1) в електроліт, який може досягти абсолютно непаливного ефекту, і додати 2% маси liboB в цю систему, щоб значно покращити сумісність інтерфейсу. Єдина проблема, яку необхідно вирішити, це провідність іона в електролітній системі. 2.

2.3 Вибір термічної стабільності солі літію Гексафторфосфат (LiPF6) є широко використовуваною електролітною сіллю літію в звичайних літій-іонних акумуляторах. Хоча його єдиний характер не є оптимальним, його загальна продуктивність є найбільш вигідною.

Однак LiPF6 також має свій недолік, наприклад, LiPF6 хімічно і термодинамічно нестабільний, і відбувається реакція: LIPF (6S) → LIF (S) + PF (5G), реакція, що утворюється PF5, легко атакує органічний розчинник у атом кисню Самотній для електронів, що призводить до полімеризації з відкритим циклом і ефірних зв'язків розчинника, ця реакція особливо серйозна при високих температурах. Сучасні дослідження високотемпературних електролітних солей зосереджені на полях органічних літієвих солей. Репрезентативні речовини важливі для солей на основі бору, солей літію на основі іміну.

LIB (C2O4) 2 (liboB) є нещодавно синтезованою електролітною сіллю в останні роки. Він володіє багатьма чудовими властивостями, розкладаючи при температурах 302 ° C, може утворювати стабільну плівку SEI в негативному електроді. Покращують характеристики графіту в ПК на основі електролітичного розчину, але його в'язкість велика, імпеданс плівки SEI утворюється [14].

Температура розкладання LIN (SO2CF3) 2 (Litfsi) становить 360 ° C, а іонна провідність при нормальній температурі трохи нижча, ніж LiPF6. Електрохімічна стабільність хороша, а потенціал окислення становить близько 5,0 В, що є найбільш органічною сіллю літію, але це серйозна корозія рідини, що встановлюється на основі Al.

2.2.4 Полімерний електроліт У багатьох звичайних літій-іонних акумуляторах використовуються легкозаймисті та леткі карбонатні розчинники, якщо витік може спричинити пожежу.

Особливо це потужний літій-іонний акумулятор високої ємності та високої щільності енергії. Замість використання недобросовісних полімерних електролітів замість легкозаймистих органічних рідких електролітів це може значно підвищити безпеку літій-іонних акумуляторів. Великих успіхів досягли дослідження полімерного електроліту, особливо гелевого полімерного електроліту.

В даний час він успішно використовується в комерційних літій-іонних акумуляторах. Відповідно до класифікації полімерного тіла, гель-полімерний електроліт є важливим з наступних трьох категорій: полімерний електроліт на основі PAN, полімерний електроліт PMMA, полімерний електроліт на основі PVDF. Однак полімерний електроліт гелевого типу насправді є результатом компромісу сухого полімерного електроліту та компромісу рідкого електроліту, а гелеві полімерні акумулятори ще мають багато роботи.

2.3 Позитивний матеріал може визначити, що матеріал позитивного електрода нестабільний, коли напруга в стані зарядки перевищує 4 В, і легко генерувати тепло, розчинене при високих температурах, щоб розкласти кисень, кисень і органічні розчинники продовжують реагувати з великою кількістю тепла. та інших газів, знижують безпеку батареї [2, 17-19]. Тому реакція позитивного електрода та електроліту вважається важливою причиною тепла.

Що стосується звичайного матеріалу, то поширеним методом його безпеки є модифікація покриття. Для покриття поверхні матеріалу позитивного електрода MgO, A12O3, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2, ZrO2 тощо, можна зменшити реакцію Die +-заднього позитиву та електроліту, одночасно зменшуючи хроматографію позитивного електрода, інгібуючи фазова зміна речовини позитивного електрода.

Покращують його структурну стабільність, знижують стійкість до розладу катіону в ґратці, тим самим зменшуючи вторинну реакцію процесу циркуляції. 2.4 Вуглецевий матеріал в даний час використовує низьку питому поверхню, більш високу платформу заряду та розряду, невелику платформу заряду та розряду, відносно високу термічну стабільність, відносно хороший тепловий стан, відносно високу термостабільність, відносно високу термостабільність, відносно високу термостабільність.

Такі, як вуглецеві мікросфери проміжної фази (MCMB), або Li9Ti5o12 зі структурою шпінелі, яка є кращою, ніж структурна стабільність ламінованого графіту [20]. Спосіб підвищення ефективності вуглецевого матеріалу в даний час важливий для обробки поверхні (окислення поверхні, галогенування поверхні, вуглецеве покриття, метал покриття, оксид металу, полімерне покриття) або введення металевого або неметалічного легування. 2.

5 Діафрагма, яка в даний час використовується в комерційних літій-іонних батареях, все ще є поліолефіновим матеріалом, і її важливими недоліками є гаряча і погана інфільтрація електролітичної рідини. Щоб подолати ці дефекти, дослідники спробували багато способів, наприклад, шукали матеріали для термостабільності або додавали невелику кількість нанопорошку Al2O3 або SiO2, який не тільки має спільну діафрагму, але також має термічну стабільність позитивного матеріал електрода. використання.

MIAO та ін., поліімідні нанонеткані матеріали, виготовлені методом електростатичного прядіння. DR і TGA-подібні характеристики показують, що він може не тільки підтримувати термічну стабільність при 500 ° C, але також мати кращу електролітну інфільтрацію порівняно з діафрагмою CELGARD. WANG та співавтори підготували наноскопічну мікропористу мембрану AL2O3-PVDF, яка проявляє хороші електрохімічні властивості та термічну стабільність, що задовольняє використання сепараторів літій-іонних акумуляторів.

3 Підсумуйте і з нетерпінням чекаємо на літій-іонні акумулятори для електромобілів і накопичувачів енергії, які набагато більше, ніж невелике електронне обладнання, а середовище використання є складнішим. Підсумовуючи, ми бачимо, що його безпека далека від вирішення і стала поточним технічним вузьким місцем. Подальша робота має бути поглиблена на тепловий ефект, який може спричинити батарея після ненормальної роботи, і знайти ефективний спосіб покращити безпеку літій-іонної батареї.

В даний час використання фторвмісних розчинників і вогнезахисних добавок є важливим напрямком для розробки безпечного літій-іонного акумулятора. Як збалансувати електрохімічну продуктивність і безпеку при високих температурах, буде фокус майбутніх досліджень. Наприклад, розроблено високоефективний композитний вогнезахисний інтегральний комплекс P, N, F і CL, розроблено органічний розчинник, що має високу температуру кипіння, високу температуру спалаху, і розроблено електролітичне рішення високої безпеки. вироблено.

Композитні антипірени, добавки з подвійною функцією також стануть тенденціями розвитку майбутнього. Що стосується матеріалу електродів літій-іонної батареї, то хімічні властивості поверхні матеріалу різні, ступінь чутливості матеріалу електрода до потенціалу заряду та розряду неоднозначна, і неможливо використовувати один або обмежено декілька електродів / електролітів / добавок. на всі конструкції батареї. Тому в майбутньому ми повинні зосередитися на розробці різних систем акумуляторів для конкретних матеріалів електродів.

У той же час компанія також розробляє полімерну літій-іонну акумуляторну систему з високою безпекою або розробляє неорганічний твердий електроліт, що має провідний один катіон і швидкий транспорт іонів і високу термостабільність. Крім того, покращення характеристик іонної рідини, розробка простих і дешевих синтетичних систем також є важливою частиною майбутніх досліджень.

ЗВ'ЯЖІТЬСЯ З НАМИ
Просто повідомте нам свої вимоги, ми можемо зробити більше, ніж ви можете собі уявити.
Надішліть запит
Chat with Us

Надішліть запит

Виберіть іншу мову
English
العربية
Deutsch
Español
français
italiano
日本語
한국어
Português
русский
简体中文
繁體中文
Afrikaans
አማርኛ
Azərbaycan
Беларуская
български
বাংলা
Bosanski
Català
Sugbuanon
Corsu
čeština
Cymraeg
dansk
Ελληνικά
Esperanto
Eesti
Euskara
فارسی
Suomi
Frysk
Gaeilgenah
Gàidhlig
Galego
ગુજરાતી
Hausa
Ōlelo Hawaiʻi
हिन्दी
Hmong
Hrvatski
Kreyòl ayisyen
Magyar
հայերեն
bahasa Indonesia
Igbo
Íslenska
עִברִית
Basa Jawa
ქართველი
Қазақ Тілі
ខ្មែរ
ಕನ್ನಡ
Kurdî (Kurmancî)
Кыргызча
Latin
Lëtzebuergesch
ລາວ
lietuvių
latviešu valoda‎
Malagasy
Maori
Македонски
മലയാളം
Монгол
मराठी
Bahasa Melayu
Maltese
ဗမာ
नेपाली
Nederlands
norsk
Chicheŵa
ਪੰਜਾਬੀ
Polski
پښتو
Română
سنڌي
සිංහල
Slovenčina
Slovenščina
Faasamoa
Shona
Af Soomaali
Shqip
Српски
Sesotho
Sundanese
svenska
Kiswahili
தமிழ்
తెలుగు
Точики
ภาษาไทย
Pilipino
Türkçe
Українська
اردو
O'zbek
Tiếng Việt
Xhosa
יידיש
èdè Yorùbá
Zulu
Поточна мова:Українська