Безопасността и решението на литиевата батерия
С популяризирането на мобилни телефони, цифрови продукти и електрически превозни средства, литиево-йонните батерии играят все по-важна роля в живота на хората' Проблеми с използването като ниска енергийна плътност и ограничен живот на цикъла често се критикуват. Въпреки това, в сравнение с тези проблеми, безопасността на литиевите батерии е в центъра на вниманието.
През последните години произшествията, причинени от проблеми с безопасността на батерията, са изобилни и последствията от много проблеми са шокиращи, като например пожара на литиевата батерия на Boeing 787 Dreamliner, който шокира индустрията, и мащабния инцидент с пожар и експлозия на батерията на Samsung Galaxy Note 7. Безопасността на литиево-йонните батерии отново алармира.
Съставът и принципът на работа на литиево-йонна батерия
Литиево-йонните батерии се състоят главно от положителен електрод, отрицателен електрод, електролит, сепаратор, външна връзка и опаковъчни компоненти. Сред тях положителният електрод и отрицателният електрод съдържат активни електродни материали, проводими агенти, свързващи вещества и т.н., които са равномерно покрити върху тококолекторите от медно фолио и алуминиево фолио.
Положителният електроден потенциал на литиево-йонните батерии е относително висок, често литиево-интеркалирани оксиди на преходни метали или полианионни съединения, като литиев кобалтат, литиев манганат, трикомпонентен, литиев железен фосфат и др.; Отрицателните материали на литиево-йонната батерия обикновено са въглеродни материали, като графит и неграфитизиран въглерод; Електролитът на литиево-йонната батерия е главно неводен разтвор, съставен от смесен органичен разтворител и литиева сол, разтворителят е предимно органичен разтворител като въглеродна киселина, а литиевата сол е предимно едновалентна полианионна литиева сол, като литиев хексафлуорофосфат и др.; Сепараторите за литиево-йонни батерии са предимно полиетиленови и полипропиленови микропорести мембрани, които изолират положителните и отрицателните материали, предотвратяват къси съединения, причинени от преминаването на електрони, и позволяват преминаването на йони в електролита.
По време на процеса на зареждане, вътре в батерията, литият се извлича от положителния електрод под формата на йони, пренася се от електролита през диафрагмата и се вгражда в отрицателния електрод; извън батерията, електроните мигрират от външната верига към отрицателния електрод. В процеса на разреждане: литиеви йони вътре в батерията се извличат от отрицателния електрод, преминават през диафрагмата и се вграждат в положителния електрод; извън батерията, електроните мигрират от външната верига към положителния електрод. При зареждане и разреждане това е"литиево йонно" който мигрира между батериите вместо елементарния"литиево", така че батерията се нарича"литиево-йонна батерия".
Второ, опасностите за безопасността на литиево-йонните батерии
Най-общо казано, проблемите с безопасността на литиево-йонните батерии се проявяват като изгаряне или дори експлозия. Основната причина за тези проблеми е термичният разход вътре в батерията. В допълнение, някои външни фактори, като презареждане, пожар, притискане, пробиване и късо съединение Други проблеми също могат да доведат до проблеми със сигурността. Литиево-йонните батерии ще генерират топлина по време на зареждане и разреждане. Ако генерираната топлина надвишава капацитета за разсейване на топлината на батерията, литиево-йонната батерия ще се прегрее и материалът на батерията ще разложи SEI филма, разлагането на електролита, разлагането на положителния електрод, отрицателния електрод и разрушителни странични реакции, като реакцията на електролита и реакцията на отрицателния електрод и свързващото вещество.
1 Опасностите за безопасност на катодните материали
Когато литиево-йонната батерия се използва неправилно, вътрешната температура на батерията ще се повиши и активният материал от материала на положителния електрод ще се разложи и електролитът ще се окисли. В същото време тези две реакции могат да генерират много топлина, което води до допълнително повишаване на температурата на батерията. Различните състояния на делитиация имат много различни ефекти върху трансформацията на решетката на активния материал, температурата на разлагане и термичната стабилност на батерията.
2 Опасностите за безопасността на анодните материали
Материалът на отрицателния електрод, използван в първите дни, беше метален литий, а сглобената батерия беше склонна да произвежда литиеви дендрити след многократно зареждане и разреждане, които след това биха пробили диафрагмата, причинявайки късо съединение, изтичане и дори експлозия на батерията. Литиеви интеркалационни съединения могат ефективно да избегнат генерирането на литиеви дендрити и значително да подобрят безопасността на литиево-йонните батерии. С повишаване на температурата въглеродният отрицателен електрод в състояние на интеркалиране на литий първо реагира екзотермично с електролита. При същите условия на зареждане и разреждане скоростта на отделяне на топлина при реакцията между електролита и интеркалирания с литий изкуствен графит е много по-голяма от тази на реакцията с литиево-интеркалирани мезофазни въглеродни микросфери, въглеродни влакна, кокс и др.
3 Опасностите за безопасността на диафрагмата и електролита
Електролитът на литиево-йонната батерия е смесен разтвор на литиева сол и органичен разтворител. Търговската литиева сол е литиев хексафлуорофосфат. Термична стабилност на електролита. Органичният разтворител на електролита е карбонат, който има ниска точка на кипене и точка на възпламеняване и е лесен за реакция с литиева сол за освобождаване на PF5 при висока температура и лесно се окислява.
4 Скрити опасности за безопасността в производствения процес
По време на производствения процес на литиево-йонни батерии, процеси като производство на електроди и сглобяване на батерията ще окажат влияние върху безопасността на батерията. Контролът на качеството на различни процеси като смесване на положителни и отрицателни електроди, нанасяне на покритие, валцоване, рязане или щанцоване, сглобяване, пълнене с електролит, запечатване и оформяне, всички влияят върху производителността и безопасността на батерията. Еднородността на суспензията определя равномерността на разпределението на активния материал върху електрода, като по този начин се отразява на безопасността на батерията. Ако фиността на суспензията е твърде голяма, материалът на отрицателния електрод ще претърпи относително големи промени по време на зареждане и разреждане и може да се получи утаяване на метален литий; ако фината на кашата е твърде малка, вътрешното съпротивление на батерията ще бъде твърде голямо. Ако температурата на нагряване на покритието е твърде ниска или времето за сушене е недостатъчно, разтворителят ще остане и свързващото вещество ще бъде частично разтворено, което води до лесно обелване на някои активни материали; твърде високата температура може да причини карбонизиране на свързващото вещество и активните материали да паднат и да причинят вътрешни къси съединения в батерията.
5 потенциални опасности за безопасността по време на използване на батерията
Литиево-йонните батерии трябва да минимизират презареждането или преразреждането по време на употреба. Специално за батерии с висок мономерен капацитет, топлинните смущения могат да причинят редица екзотермични странични реакции, водещи до проблеми с безопасността.
Три индикатора за тестване на безопасността на литиево-йонната батерия
След като литиево-йонната батерия е произведена, преди да достигне до потребителя, са необходими поредица от тестове, за да се гарантира максимално безопасността на батерията и да се намалят потенциалните опасности за безопасността.
1. Тест за притискане: Поставете напълно заредената батерия върху равна повърхност, приложите налягане от 13±1KN от хидравличен цилиндър и изстискайте батерията от плоската повърхност на стоманен прът с диаметър 32 mm. След като налягането на изстискване достигне максималното спиране Squeeze, батерията не се запалва, просто не' не експлодирайте.
2. Тест на удар: След като батерията е напълно заредена, поставете я на равна повърхност, поставете стоманена колона с диаметър 15,8 мм вертикално в центъра на батерията и пуснете свободно 9,1 кг тежест от височина 610 мм върху стоманената колона над батерията. Батерията не се запалва и не експлодира.
3. Тест за презареждане: Заредете напълно батерията с 1C и извършете тест за презареждане според 3C свръхзареждане 10V. Когато батерията е презаредена, напрежението се повишава до определено напрежение и се стабилизира за определен период от време. Когато е близо до определен период от време, напрежението на батерията нараства бързо. Когато се достигне определена граница, горната капачка на батерията се издърпва, напрежението пада до 0V и батерията не се запалва и не експлодира.
4. Тест за късо съединение: След като батерията е напълно заредена, положителните и отрицателните електроди на батерията се свързват на късо с проводник със съпротивление не повече от 50mΩ и се тества повърхностната температура на батерията. Максималната температура на повърхността на батерията е 140℃. Капачката на батерията е отворена и батерията не се запалва и не експлодира. .
5. Акупунктурен тест: Поставете напълно заредената батерия върху равна повърхност и пробийте батерията в радиална посока със стоманена игла с диаметър 3 мм. Тестовата батерия не се запалва и не експлодира.
6. Температурен цикъл: Тестът на температурния цикъл на литиево-йонната батерия се използва за симулиране на безопасността на литиево-йонната батерия, когато е многократно изложена на среда с ниска температура и висока температура по време на транспортиране или съхранение. Тестът е да се използват бързи и екстремни температурни промени. След теста пробата не трябва да се запалва, експлодира или изтича.
Четири решения за безопасност на литиево-йонните батерии
С оглед на многото скрити опасности за безопасността на литиево-йонните батерии в процеса на материала, производството и употребата, как да се подобрят частите, които са предразположени към проблеми с безопасността, е проблем, който производителите на литиево-йонни батерии трябва да решат.
1 Подобрете безопасността на електролита
Между електролита и положителните и отрицателните електроди има висока реакционна активност, особено при високи температури. За да се подобри безопасността на батерията, подобряването на безопасността на електролита е един от по-ефективните методи. Потенциалните опасности за безопасността на електролита могат да бъдат ефективно решени чрез добавяне на функционални добавки, използване на нови литиеви соли и използване на нови разтворители.
Според различните функции на добавките, те могат да бъдат разделени на следните категории: защитни добавки, филмообразуващи добавки, добавки за защита на положителния електрод, стабилизиращи добавки за литиева сол, добавки за насърчаване на утаяването на литий, антикорозионни добавки за колектор на ток и добавки за подобряване на омокряемостта .
За да подобрят производителността на търговските литиеви соли, изследователите са заместили атоми върху тях и са получили много производни. Сред тях съединенията, получени чрез заместване на атоми с перфлуороалкилови групи, имат много предимства като висока температура на възпламеняване, подобна проводимост и повишена водоустойчивост. , е вид съединение на литиева сол с големи перспективи за приложение. В допълнение, анионната литиева сол, получена чрез хелатиране на борния атом с кислородния лиганд, има висока термична стабилност.
По отношение на разтворителите, много изследователи са предложили серия от нови органични разтворители, като естери на карбоксилни киселини и органични етери. В допълнение, йонните течности също имат клас електролити с висока безопасност, но относително често използвани електролити на карбонатна основа. Вискозитетът на йонните течности е с порядък по-висок, а проводимостта и коефициентът на йонна самодифузия са ниски. Има още много работа преди практичността. Да направя.
2 Подобряване на безопасността на електродните материали
Литиевият железен фосфат и тройните композитни материали се считат за евтини,"отлична безопасност" катодни материали и могат да бъдат популяризирани в индустрията на електрическите превозни средства. За материала на положителния електрод обичайният метод за подобряване на неговата безопасност е модификацията на покритието. Например, повърхностното покритие на материала на положителния електрод с метален оксид може да предотврати директния контакт между материала на положителния електрод и електролита, да инхибира фазовата промяна на материала на положителния електрод и да подобри неговата структурна стабилност, намалява разстройството на катионите в кристалната решетка за намаляване на генерирането на топлина от страничните реакции.
За материала на отрицателния електрод, тъй като повърхността често е най-податлива на термохимично разлагане и генериране на топлина в литиево-йонната батерия, подобряването на термичната стабилност на SEI филма е ключов метод за подобряване на безопасността на материала на отрицателния електрод. Чрез слабо окисляване, отлагане на метал и метален оксид, полимерно или въглеродно покритие, термичната стабилност на материала на отрицателния електрод може да бъде подобрена.
3 Подобрен дизайн за безопасност на батерията
В допълнение към подобряването на безопасността на материалите на батериите, търговските литиево-йонни батерии приемат много мерки за безопасност, като настройка на предпазни клапани на акумулатора, термични предпазители, свързване на компоненти с положителни температурни коефициенти последователно, използване на термично запечатани диафрагми, зареждане на специални защитни вериги, и специална система за управление на батерията и т.н. също е средство за повишаване на сигурността.
Доставчик на решения за безопасност на пет литиево-йонни батерии
Тъй като безопасността на литиево-йонните батерии привлича все повече внимание, много компании проведоха изследвания и разработки специално за потенциални опасности за безопасността на литиево-йонните батерии и предложиха ефективни решения за безопасност на батериите.
Като най-ранният изследовател на технологията за термично предупреждение и безопасност на акумулаторната батерия и пионерът на специалното автоматично пожарогасително устройство за акумулаторна кутия, Chuangwei New Energy е пионер на"модела за термичен бег на литиево-йонна батерия", който усъвършенствано наблюдение на термичния разход на акумулаторната кутия и автоматично гасене на пожар. Мащабно приложение на технологиите.
& quot;Термичен бегъл модел на литиево-йонна батерия" е разделена на три измерения: вертикално, хоризонтално и вертикално. Вертикалната посока е резервирането на данни от множество сензори, тоест множество набори от сензорни данни в една и съща среда са монтирани, за да се симулира кривата на характеризиране на данните за различни материали и различни среди; хоризонталната посока е алгоритъм за непрекъснато време за исторически данни на сензора за елиминиране на шума. Смущенията ефективно решават проблемите с фалшивите аларми, фалшивите аларми и забавянето на ранното предупреждение в метода на прага; вертикална пункция, тъпо изоставане на иглата и други методи се използват за симулиране на термичния процес на разгонване на различни видове захранващи батерии.
Чрез триизмерно сливане, математически методи, базирани на голям брой експерименти и реални оперативни данни, вътрешната връзка между различни променливи, причинени от термичен бяг, се обобщава и се използват неврологични принципи за формиране на изключително ранен, високо надежден и самостоятелен -работно"литиево йонно" Батерия термичен бегъл модел" реализира ранно предупреждение и интелигентен контрол на скрити опасности в живота на батерията.
Голям брой примери за ранно предупреждение, възникнали в действителната експлоатация на превозното средство, доказаха ефективността и напредъка на този модел, което го превърна в основна технология на текущото предупреждение за термично избягане на акумулаторната кутия и автоматично гасене на пожар.
Батерията Shenzhen Benwei е високотехнологично предприятие, специализирано в R& D, производство и продажба на литиево-йонни батерии. Областите на приложение на нейните продукти обхващат: литиеви батерии за електрически превозни средства, литиеви батерии за захранване, литиеви батерии за съхранение на енергия и др. Компанията и производителите на акумулаторни клетки поддържат дългосрочна стабилност, сътрудничество и прилагат най-новите технологични постижения и концепции към цялата серия продукти процеси на развитие. Производственият цех е оборудван с модерно производствено оборудване и първокласни инструменти за тестване. В същото време той разполага с група от професионални екипи за производство и управление на качеството, стриктно всяка стъпка от производствената връзка и чрез непрекъсната оптимизация и подобряване на процеса, за да се гарантира безопасността на батерията.
