Bezpečnosť a riešenie lítiovej batérie
S popularizáciou mobilných telefónov, digitálnych produktov a elektrických vozidiel zohrávajú lítium-iónové batérie čoraz dôležitejšiu úlohu v životoch ľudí' Problémy s používaním, ako je nízka hustota energie a obmedzená životnosť cyklu, sú často kritizované. V porovnaní s týmito problémami je však v centre pozornosti bezpečnosť lítiových batérií.
V posledných rokoch je veľa nehôd spôsobených problémami s bezpečnosťou batérií a dôsledky mnohých problémov sú šokujúce, ako napríklad požiar lítiovej batérie Boeingu 787 Dreamliner, ktorý šokoval priemysel, a rozsiahly požiar a výbuch batérie. na Samsung Galaxy Note 7. Bezpečnosť lítium-iónových batérií opäť zazvonila na poplach.
Zloženie a princíp fungovania lítium-iónovej batérie
Lítium-iónové batérie sa skladajú hlavne z kladnej elektródy, zápornej elektródy, elektrolytu, separátora, vonkajšieho pripojenia a komponentov balenia. Medzi nimi kladná elektróda a záporná elektróda obsahujú aktívne elektródové materiály, vodivé činidlá, spojivá atď., ktoré sú rovnomerne potiahnuté na medenej fólii a hliníkovej fólii prúdových kolektorov.
Pozitívny elektródový potenciál lítium-iónových batérií je relatívne vysoký, často ide o lítium-interkalované oxidy prechodných kovov alebo polyaniónové zlúčeniny, ako je kobaltát lítny, manganistan lítny, ternárny, fosforečnan lítno-železitý atď.; Negatívne materiály lítium-iónových batérií sú zvyčajne uhlíkové materiály, ako napríklad grafit a negrafitizovaný uhlík; elektrolyt lítium-iónovej batérie je hlavne nevodný roztok zložený z organického zmiešaného rozpúšťadla a lítiovej soli, rozpúšťadlo je väčšinou organické rozpúšťadlo, ako je kyselina uhličitá, a lítiová soľ je väčšinou monovalentná polyaniónová lítiová soľ, ako je hexafluórfosfát lítny atď.; Separátory lítium-iónových batérií sú väčšinou polyetylénové a polypropylénové mikroporézne membrány, ktoré izolujú kladné a záporné materiály, zabraňujú skratom spôsobeným prechodom elektrónov a umožňujú prechod iónov v elektrolyte.
Počas procesu nabíjania sa vo vnútri batérie lítium extrahuje z kladnej elektródy vo forme iónov, transportuje sa elektrolytom cez membránu a je vložené do zápornej elektródy; mimo batérie elektróny migrujú z vonkajšieho obvodu na zápornú elektródu. V procese vybíjania: lítiové ióny vo vnútri batérie sú extrahované zo zápornej elektródy, prechádzajú cez membránu a sú vložené do kladnej elektródy; mimo batérie migrujú elektróny z vonkajšieho obvodu na kladnú elektródu. Pri nabíjaní a vybíjaní je to"lítium-ión" ktorá migruje medzi batériami namiesto základnej"lítium", takže batéria sa nazýva"lítium-iónová batéria".
Po druhé, bezpečnostné riziká lítium-iónových batérií
Vo všeobecnosti sa bezpečnostné problémy lítium-iónových batérií prejavujú ako horenie alebo dokonca výbuch. Hlavnou príčinou týchto problémov je tepelný únik vo vnútri batérie. Okrem toho, niektoré vonkajšie faktory, ako je prebitie, požiar, stlačenie, prepichnutie a skrat Iné problémy môžu tiež viesť k problémom so zabezpečením. Lítium-iónové batérie budú počas nabíjania a vybíjania vytvárať teplo. Ak generované teplo prekročí kapacitu odvádzania tepla batérie, lítium-iónová batéria sa prehreje a materiál batérie rozloží film SEI, rozklad elektrolytu, rozklad kladnej elektródy, zápornú elektródu a deštruktívne vedľajšie reakcie, ako je reakcia elektrolytu a reakcia zápornej elektródy a spojiva.
1 Bezpečnostné riziká katódových materiálov
Keď sa lítium-iónová batéria používa nesprávne, vnútorná teplota batérie sa zvýši a aktívny materiál materiálu kladnej elektródy sa rozloží a elektrolyt sa zoxiduje. Zároveň tieto dve reakcie môžu generovať veľké množstvo tepla, čo spôsobí ďalšie zvýšenie teploty batérie. Rôzne stavy delítizácie majú veľmi rozdielne účinky na mriežkovú transformáciu aktívneho materiálu, teplotu rozkladu a tepelnú stabilitu batérie.
2 Bezpečnostné riziká anódových materiálov
Materiál zápornej elektródy používaný v prvých dňoch bolo kovové lítium a zostavená batéria bola náchylná na vytváranie lítiových dendritov po opakovanom nabíjaní a vybíjaní, ktoré by potom prepichli membránu, čo spôsobilo skrat, vytečenie a dokonca výbuch batérie. Lítiové interkalačné zlúčeniny môžu účinne zabrániť tvorbe lítiových dendritov a výrazne zlepšiť bezpečnosť lítium-iónových batérií. Keď sa teplota zvýši, uhlíková negatívna elektróda v stave interkalácie lítia najskôr exotermicky reaguje s elektrolytom. Za rovnakých podmienok nabíjania a vybíjania je rýchlosť uvoľňovania tepla pri reakcii medzi elektrolytom a umelým grafitom interkalovaným lítiom oveľa väčšia ako pri reakcii s mezofázovými uhlíkovými mikroguľôčkami interkalovanými lítiom, uhlíkovými vláknami, koksom atď.
3 Bezpečnostné riziká membrány a elektrolytu
Elektrolyt lítium-iónovej batérie je zmesový roztok lítiovej soli a organického rozpúšťadla. Komerčnou soľou lítia je hexafluórfosfát lítny. Tepelná stabilita elektrolytu. Organickým rozpúšťadlom elektrolytu je uhličitan, ktorý má nízky bod varu a bod vzplanutia a ľahko reaguje s lítiovou soľou za uvoľnenia PF5 pri vysokej teplote a ľahko sa oxiduje.
4 Skryté bezpečnostné riziká vo výrobnom procese
Počas výrobného procesu lítium-iónových batérií budú mať procesy, ako je výroba elektród a montáž batérie, vplyv na bezpečnosť batérie. Kontrola kvality rôznych procesov, ako je miešanie kladných a záporných elektród, poťahovanie, valcovanie, rezanie alebo dierovanie, montáž, plnenie elektrolytom, tesnenie a tvarovanie, to všetko ovplyvňuje výkon a bezpečnosť batérie. Rovnomernosť kaše určuje rovnomernosť distribúcie aktívneho materiálu na elektróde, čím ovplyvňuje bezpečnosť batérie. Ak je jemnosť suspenzie príliš veľká, materiál zápornej elektródy podstúpi relatívne veľké zmeny počas nabíjania a vybíjania a môže dôjsť k zrážaniu kovového lítia; ak je jemnosť kaše príliš malá, vnútorný odpor batérie bude príliš veľký. Ak je teplota zahrievania povlaku príliš nízka alebo doba sušenia je nedostatočná, rozpúšťadlo zostane a spojivo sa čiastočne rozpustí, čo spôsobí, že niektoré aktívne materiály sa budú ľahko odlupovať; príliš vysoká teplota môže spôsobiť karbonizáciu spojiva a aktívne materiály môžu spadnúť a spôsobiť vnútorné skraty v batérii.
5 možných bezpečnostných rizík počas používania batérie
Lítium-iónové batérie by mali počas používania minimalizovať prebíjanie alebo nadmerné vybíjanie. Najmä pri batériách s vysokou kapacitou monomérov môže tepelné rušenie spôsobiť sériu exotermických vedľajších reakcií, čo vedie k bezpečnostným problémom.
Tri indikátory testovania bezpečnosti lítium-iónovej batérie
Po výrobe lítium-iónovej batérie, než sa dostane k spotrebiteľovi, je potrebná séria testov, aby sa čo najviac zaistila bezpečnosť batérie a znížili sa potenciálne bezpečnostné riziká.
1. Skúška stláčania: Položte úplne nabitú batériu na rovný povrch, hydraulickým valcom vyviňte tlak 13±1KN a vytlačte batériu z plochého povrchu oceľovej tyče s priemerom 32 mm. Akonáhle stláčací tlak dosiahne maximálnu zastávku Squeeze, batéria sa nezapáli, iba't explodovať.
2. Nárazová skúška: Po úplnom nabití batérie ju položte na rovný povrch, umiestnite oceľový stĺp s priemerom 15,8 mm vertikálne do stredu batérie a voľne spustite závažie s hmotnosťou 9,1 kg z výšky 610 mm na oceľový stĺp nad batériou. Batéria sa nevznieti ani nevybuchne.
3. Test prebitia: Batériu úplne nabite 1C a vykonajte test prebitia podľa 3C prebitia 10V. Pri prebití batérie napätie stúpne na určité napätie a na určitý čas sa stabilizuje. Keď sa blíži k určitému časovému úseku, napätie batérie rýchlo stúpa. Po dosiahnutí určitej hranice sa stiahne vrchný kryt batérie, napätie klesne na 0 V a batéria sa nezapáli ani nevybuchne.
4. Test skratu: Po úplnom nabití batérie sa kladná a záporná elektróda batérie skratuje drôtom s odporom maximálne 50 mΩ a testuje sa povrchová teplota batérie. Maximálna teplota povrchu batérie je 140 ℃. Kryt batérie je otvorený a batéria sa nevznieti ani nevybuchne. .
5. Akupunktúrny test: Položte plne nabitú batériu na rovný povrch a prepichnite batériu v radiálnom smere oceľovou ihlou s priemerom 3 mm. Testovacia batéria sa nevznieti ani nevybuchne.
6. Test teplotného cyklu: Test teplotného cyklu lítium-iónovej batérie sa používa na simuláciu bezpečnosti lítium-iónovej batérie, keď je opakovane vystavená nízkej teplote a vysokoteplotnému prostrediu počas prepravy alebo skladovania. Test spočíva v použití rýchlych a extrémnych teplotných zmien. Po teste by vzorka nemala horieť, explodovať alebo vytekať.
Štyri bezpečnostné riešenia lítium-iónových batérií
Vzhľadom na mnohé skryté bezpečnostné riziká lítium-iónových batérií v procese materiálu, výroby a používania je problém, ktorý výrobcovia lítium-iónových batérií musia vyriešiť, vylepšiť časti, ktoré sú náchylné na bezpečnostné problémy.
1 Zlepšite bezpečnosť elektrolytu
Medzi elektrolytom a kladnými a zápornými elektródami je vysoká reakčná aktivita, najmä pri vysokých teplotách. V záujme zvýšenia bezpečnosti batérie je zlepšenie bezpečnosti elektrolytu jednou z účinnejších metód. Potenciálne bezpečnostné riziká elektrolytu možno efektívne vyriešiť pridaním funkčných prísad, použitím nových lítiových solí a použitím nových rozpúšťadiel.
Podľa rôznych funkcií aditív ich možno rozdeliť do nasledujúcich kategórií: bezpečnostné ochranné prísady, filmotvorné prísady, prísady na ochranu pozitívnych elektród, stabilizačné prísady lítiových solí, prísady podporujúce zrážanie lítia, antikorózne prísady do zberača prúdu a prísady zlepšujúce zmáčavosť .
Aby sa zlepšil výkon komerčných lítiových solí, výskumníci na nich nahradili atómy a získali mnoho derivátov. Medzi nimi zlúčeniny získané nahradením atómov perfluóralkylovými skupinami majú mnoho výhod, ako je vysoký bod vzplanutia, podobná vodivosť a zvýšená odolnosť voči vode. , Je to druh zlúčeniny lítiovej soli s veľkými vyhliadkami na použitie. Navyše aniónová lítiová soľ získaná chelatáciou atómu bóru s kyslíkovým ligandom má vysokú tepelnú stabilitu.
Pokiaľ ide o rozpúšťadlá, mnohí výskumníci navrhli rad nových organických rozpúšťadiel, ako sú estery karboxylových kyselín a organické étery. Okrem toho majú iónové kvapaliny aj triedu elektrolytov s vysokou bezpečnosťou, ale pomerne bežne používané elektrolyty na báze uhličitanu. Viskozita iónových kvapalín je rádovo vyššia a vodivosť a koeficient samodifúzie iónov sú nízke. Pred praktickosťou je ešte veľa práce. Robiť.
2 Zlepšite bezpečnosť materiálov elektród
Fosforečnan lítno-železitý a ternárne kompozitné materiály sa považujú za lacné,"vynikajúca bezpečnosť" katódových materiálov a môže byť populárny v priemysle elektrických vozidiel. Pre materiál kladnej elektródy je bežnou metódou na zlepšenie jeho bezpečnosti modifikácia povlaku. Napríklad povrchové potiahnutie materiálu kladnej elektródy oxidom kovu môže zabrániť priamemu kontaktu medzi materiálom kladnej elektródy a elektrolytom, inhibovať fázovú zmenu materiálu kladnej elektródy a zlepšiť jej štrukturálna stabilita znižuje poruchu katiónov v kryštálovej mriežky na zníženie tvorby tepla vedľajšími reakciami.
V prípade materiálu zápornej elektródy, pretože povrch je často najnáchylnejší na termochemický rozklad a tvorbu tepla v lítium-iónovej batérii, je zlepšenie tepelnej stability filmu SEI kľúčovou metódou na zlepšenie bezpečnosti materiálu zápornej elektródy. Prostredníctvom slabej oxidácie, usadzovania kovov a oxidov kovov, polymérneho alebo uhlíkového povlaku sa môže zlepšiť tepelná stabilita materiálu zápornej elektródy.
3 Vylepšený dizajn bezpečnostnej ochrany batérie
Okrem zlepšenia bezpečnosti materiálov batérií, komerčné lítium-iónové batérie prijímajú mnohé bezpečnostné ochranné opatrenia, ako je nastavenie bezpečnostných ventilov batérií, tepelných poistiek, sériové zapojenie komponentov s kladnými teplotnými koeficientmi, použitie tepelne utesnených membrán, zaťaženie vyhradených ochranných obvodov, a špeciálny systém správy batérie atď. je tiež prostriedkom na zvýšenie bezpečnosti.
Päť lítium-iónových batériových bezpečnostných riešení
Keďže bezpečnosť lítium-iónových batérií priťahuje čoraz väčšiu pozornosť, mnohé spoločnosti vykonali výskum a vývoj špecificky pre potenciálne bezpečnostné riziká lítium-iónových batérií a predložili účinné riešenia bezpečnosti batérií.
Chuangwei New Energy ako prvý výskumník varovania a bezpečnostnej technológie pred tepelným únikom z domácej batérie a priekopník špeciálneho automatického hasiaceho zariadenia s batériovým boxom bol priekopníkom"lítium-iónového modelu tepelného úniku", ktorý podporované monitorovanie tepelného úniku batériového boxu a automatické hasenie požiaru. Aplikácia technológie vo veľkom meradle.
& quot;Lítium-iónový tepelný únikový model" je rozdelená do troch dimenzií: vertikálna, horizontálna a vertikálna. Vertikálny smer je redundancia údajov viacerých snímačov, to znamená, že viaceré súbory údajov snímačov v rovnakom prostredí sú prispôsobené na simuláciu krivky charakterizácie údajov rôznych materiálov a rôznych prostredí; horizontálny smer je kontinuálny časový algoritmus pre historické údaje snímača na elimináciu šumu Interferencia efektívne rieši problémy falošných poplachov, falošných poplachov a oneskorenia včasného varovania v prahovej metóde; vertikálna punkcia, tupá ihla a ďalšie metódy sa používajú na simuláciu procesu tepelného úniku rôznych typov napájacích batérií.
Prostredníctvom trojrozmernej fúzie, matematických metód, založených na veľkom počte experimentov a reálnych prevádzkových údajoch, sa sumarizuje vnútorný vzťah medzi rôznymi premennými spôsobenými tepelným únikom a neurologické princípy sa používajú na vytvorenie extrémne skorého, vysoko spoľahlivého -prevádzkový"lítium ión" Batériový model s tepelným únikom" realizuje včasné varovanie a inteligentnú kontrolu skrytých nebezpečenstiev v životnosti batérie.
Veľké množstvo príkladov včasného varovania, ktoré sa vyskytlo v skutočnej prevádzke vozidla, dokázalo účinnosť a pokrok tohto modelu, vďaka čomu sa stal základnou technológiou súčasného varovania pred tepelným únikom batériového boxu a automatického hasenia požiaru.
Batéria Shenzhen Benwei je high-tech podnik špecializujúci sa na R& D, výrobu a predaj lítium-iónových batérií. Oblasti použitia produktov zahŕňajú: lítiové batérie pre elektrické vozidlá, lítiové napájacie batérie, lítiové batérie na ukladanie energie atď. Spoločnosť a výrobcovia batériových článkov udržiavajú dlhodobú stabilitu Kooperatívny vzťah a aplikujú najnovšie technologické úspechy a koncepty na celú sériu produktov vývojové procesy. Výrobná dielňa je vybavená moderným výrobným zariadením a prvotriednymi testovacími prístrojmi. Zároveň má skupinu profesionálnych tímov riadenia výroby a kvality, prísne na každom kroku výrobného prepojenia a prostredníctvom neustálej optimalizácie a zlepšovania procesu zaisťuje bezpečnosť batérií.
