Sigurnost i rješenje litij baterije
Uz popularizaciju mobilnih telefona, digitalnih proizvoda i električnih vozila, litij-ionske baterije igraju sve važniju ulogu u životima ljudi' Često se kritiziraju problemi korištenja kao što su niska gustoća energije i ograničeni životni vijek. Međutim, u usporedbi s ovim problemima, sigurnost litij baterija je u središtu pozornosti.
Posljednjih godina ima mnogo nesreća uzrokovanih sigurnosnim problemima baterija, a posljedice mnogih problema su šokantne, poput požara na litij bateriji Boeinga 787 Dreamlinera koji je šokirao industriju, te požara i eksplozije baterije velikih razmjera na Samsung Galaxy Note 7. Sigurnost litij-ionskih baterija ponovno je alarmirala.
Sastav i princip rada litij-ionske baterije
Litij-ionske baterije se uglavnom sastoje od pozitivne elektrode, negativne elektrode, elektrolita, separatora, vanjskih priključaka i komponenti pakiranja. Među njima, pozitivna i negativna elektroda sadrže aktivne elektrodne materijale, vodljiva sredstva, veziva itd., koji su jednoliko presvučeni na kolektorima struje bakrene folije i aluminijske folije.
Potencijal pozitivne elektrode litij-ionskih baterija je relativno visok, često litij-interkalirani oksidi prijelaznih metala ili polianionski spojevi, kao što su litij kobaltat, litijev manganat, ternarni, litij-željezo-fosfat, itd.; Negativni materijali litij-ionskih baterija su obično ugljikovi materijali, kao što su grafit i negrafitizirani ugljik; Elektrolit litij ionske baterije je uglavnom nevodena otopina, sastavljena od organskog miješanog otapala i litijeve soli, otapalo je uglavnom organsko otapalo kao što je ugljična kiselina, a litijeva sol je uglavnom monovalentna polianionska litijeva sol, kao što je litijev heksafluorofosfat, itd.; separatori litij-ionskih baterija uglavnom su polietilenske i polipropilenske mikroporozne membrane, koje izoliraju pozitivne i negativne materijale, sprječavaju kratke spojeve uzrokovane prolaskom elektrona i omogućuju prolaz ionima u elektrolitu.
Tijekom procesa punjenja, unutar baterije, litij se ekstrahira iz pozitivne elektrode u obliku iona, transportira elektrolit kroz dijafragmu i ugrađuje u negativnu elektrodu; izvan baterije, elektroni migriraju iz vanjskog kruga na negativnu elektrodu. U procesu pražnjenja: litijevi ioni unutar baterije izvlače se iz negativne elektrode, prolaze kroz dijafragmu i ugrađuju se u pozitivnu elektrodu; izvan baterije, elektroni migriraju iz vanjskog kruga na pozitivnu elektrodu. S punjenjem i pražnjenjem, to je"litij ion" koja migrira između baterija umjesto elementarnog"litij ", pa se baterija zove"litij ionska baterija ".
Drugo, opasnosti po sigurnost litij-ionskih baterija
Općenito govoreći, sigurnosni problemi litij-ionskih baterija očituju se kao gorenje ili čak eksplozija. Osnovni uzrok ovih problema je toplinski bijeg unutar baterije. Osim toga, neki vanjski čimbenici, kao što su prekomjerno punjenje, požar, stiskanje, probijanje i kratki spoj. Ostali problemi također mogu dovesti do sigurnosnih problema. Litij-ionske baterije stvaraju toplinu tijekom punjenja i pražnjenja. Ako stvorena toplina premašuje kapacitet odvođenja topline baterije, litij-ionska baterija će se pregrijati, a materijal baterije će razgraditi SEI film, razgradnju elektrolita, razgradnju pozitivne elektrode, negativnu elektrodu i destruktivne nuspojave kao što su reakcija elektrolita i reakcija negativne elektrode i veziva.
1 Sigurnosne opasnosti katodnih materijala
Kada se litij-ionska baterija koristi nepravilno, unutarnja temperatura baterije će se povećati, a aktivni materijal materijala pozitivne elektrode će se razgraditi, a elektrolit će oksidirati. U isto vrijeme, ove dvije reakcije mogu generirati mnogo topline, uzrokujući daljnji porast temperature baterije. Različita stanja delitacije imaju vrlo različite učinke na transformaciju rešetke aktivnog materijala, temperaturu raspadanja i toplinsku stabilnost baterije.
2 Sigurnosne opasnosti od anodnih materijala
Materijal negativne elektrode korišten u ranim danima bio je metalni litij, a sastavljena baterija je bila sklona stvaranju litijevih dendrita nakon uzastopnog punjenja i pražnjenja, koji bi zatim probili dijafragmu, uzrokujući kratki spoj, curenje i čak eksploziju baterije. Interkalacijski spojevi litija mogu učinkovito izbjeći stvaranje litijevih dendrita i uvelike poboljšati sigurnost litij-ionskih baterija. Kako temperatura raste, ugljična negativna elektroda u stanju interkalacije litija najprije egzotermno reagira s elektrolitom. Pod istim uvjetima punjenja i pražnjenja, brzina oslobađanja topline reakcije između elektrolita i umjetnog grafita interkaliranog litijem je mnogo veća od one reakcije s litijem interkaliranim mezofaznim ugljičnim mikrosferama, ugljičnim vlaknima, koksom itd.
3 Sigurnosne opasnosti dijafragme i elektrolita
Elektrolit litij-ionske baterije je miješana otopina litijeve soli i organskog otapala. Komercijalna litijeva sol je litij heksafluorofosfat. Toplinska stabilnost elektrolita. Organsko otapalo elektrolita je karbonat, koji ima nisko vrelište i plamište, te je lako reagirati s litijevom soli kako bi se oslobodio PF5 na visokoj temperaturi i lako se oksidira.
4 Skrivene sigurnosne opasnosti u proizvodnom procesu
Tijekom procesa proizvodnje litij-ionskih baterija, procesi kao što su proizvodnja elektroda i montaža baterije imat će utjecaj na sigurnost baterije. Kontrola kvalitete različitih procesa kao što su miješanje pozitivnih i negativnih elektroda, premazivanje, valjanje, rezanje ili probijanje, sastavljanje, punjenje elektrolita, brtvljenje i oblikovanje utječu na performanse i sigurnost baterije. Ujednačenost kaše određuje ujednačenost raspodjele aktivnog materijala na elektrodi, čime utječe na sigurnost baterije. Ako je finoća kaše prevelika, materijal negativne elektrode će pretrpjeti relativno velike promjene tijekom punjenja i pražnjenja, a može doći do taloženja metalnog litija; ako je finoća kaše premala, unutarnji otpor baterije bit će prevelik. Ako je temperatura zagrijavanja premaza preniska ili je vrijeme sušenja nedovoljno, otapalo će ostati, a vezivo će se djelomično otopiti, zbog čega se neki aktivni materijali lako gule; previsoka temperatura može uzrokovati karbonizaciju veziva, a aktivni materijali mogu otpasti i uzrokovati unutarnje kratke spojeve u bateriji.
5 potencijalnih sigurnosnih opasnosti tijekom korištenja baterije
Litij-ionske baterije trebale bi minimizirati prekomjerno punjenje ili prekomjerno pražnjenje tijekom upotrebe. Posebno za baterije s visokim kapacitetom monomera, toplinski poremećaji mogu uzrokovati niz egzotermnih nuspojava, što dovodi do sigurnosnih problema.
Tri indikatora za sigurnosno ispitivanje litij-ionske baterije
Nakon što je litij-ionska baterija proizvedena, prije nego što dođe do potrošača, potrebno je provesti niz testova kako bi se osigurala sigurnost baterije što je više moguće i smanjile potencijalne sigurnosne opasnosti.
1. Test stiskanja: Stavite potpuno napunjenu bateriju na ravnu površinu, pritisnite hidraulični cilindar od 13±1KN i istisnite bateriju s ravne površine čelične šipke promjera 32 mm. Kada pritisak stiskanja dosegne maksimalnu stopu Stisni, baterija se ne zapali, samo nemojte' nemojte eksplodirati.
2. Ispitivanje na udar: Nakon što se baterija potpuno napuni, stavite je na ravnu površinu, postavite čelični stup promjera 15,8 mm okomito u sredinu baterije i slobodno spustite uteg od 9,1 kg s visine od 610 mm na čelični stup iznad baterije. Baterija se ne zapali niti eksplodira.
3. Test prekomjernog punjenja: Potpuno napunite bateriju s 1C i izvršite test prekomjernog punjenja prema 3C prepunjenju 10V. Kada je baterija prenapunjena, napon raste na određeni napon i stabilizira se neko vrijeme. Kad se približi određeno vrijeme, napon baterije brzo raste. Kada se dosegne određena granica, gornji poklopac baterije se skida, napon pada na 0V, a baterija se ne zapali niti eksplodira.
4. Ispitivanje kratkog spoja: Nakon što je baterija potpuno napunjena, pozitivna i negativna elektroda baterije kratko se spajaju žicom s otporom ne većim od 50mΩ, te se ispituje površinska temperatura baterije. Maksimalna temperatura površine baterije je 140℃. Poklopac baterije je otvoren, a baterija se ne zapali niti eksplodira. .
5. Akupunkturni test: Postavite potpuno napunjenu bateriju na ravnu površinu i probijte bateriju u radijalnom smjeru čeličnom iglom promjera 3 mm. Ispitna baterija se ne zapali niti eksplodira.
6. Ispitivanje temperaturnog ciklusa: Test temperaturnog ciklusa litij-ionske baterije koristi se za simulaciju sigurnosti litij-ionske baterije kada je više puta izložena niskoj temperaturi i visokom temperaturnom okruženju tijekom transporta ili skladištenja. Test je korištenje brzih i ekstremnih temperaturnih promjena. Nakon ispitivanja, uzorak ne smije pucati, eksplodirati ili curiti.
Četiri sigurnosna rješenja za litij-ionske baterije
S obzirom na mnoge skrivene sigurnosne opasnosti litij-ionskih baterija u materijalu, procesu proizvodnje i uporabe, kako poboljšati dijelove koji su skloni sigurnosnim problemima problem je koji proizvođači litij-ionskih baterija moraju riješiti.
1 Poboljšajte sigurnost elektrolita
Postoji visoka reakcijska aktivnost između elektrolita i pozitivne i negativne elektrode, osobito pri visokim temperaturama. Kako bi se poboljšala sigurnost baterije, poboljšanje sigurnosti elektrolita je jedna od učinkovitijih metoda. Potencijalne sigurnosne opasnosti od elektrolita mogu se učinkovito riješiti dodavanjem funkcionalnih aditiva, korištenjem novih litijevih soli i korištenjem novih otapala.
Prema različitim funkcijama aditiva, mogu se podijeliti u sljedeće kategorije: aditivi za zaštitu sigurnosti, aditivi za stvaranje filma, aditivi za zaštitu pozitivnih elektroda, stabilizirajući aditivi litijeve soli, aditivi za poticanje taloženja litija, antikorozivni aditivi za strujni kolektor i aditivi za poboljšanje vlaženja .
Kako bi poboljšali performanse komercijalnih litijevih soli, istraživači su na njima zamijenili atome i dobili mnoge derivate. Među njima, spojevi dobiveni supstitucijom atoma s perfluoralkilnim skupinama imaju mnoge prednosti kao što su visoka točka paljenja, slična vodljivost i povećana vodootpornost. , Je vrsta spoja litijeve soli s velikim izgledima za primjenu. Osim toga, anionska litijeva sol dobivena keliranjem atoma bora s kisikovim ligandom ima visoku toplinsku stabilnost.
Što se tiče otapala, mnogi istraživači su predložili niz novih organskih otapala, kao što su esteri karboksilne kiseline i organski eteri. Osim toga, ionske tekućine također imaju klasu elektrolita visoke sigurnosti, ali relativno često korišteni elektroliti na bazi karbonata. Viskoznost ionskih tekućina je za redove veličine veća, a vodljivost i koeficijent samodifuzije iona su niski. Prije praktičnosti ima još puno posla. Napraviti.
2 Poboljšajte sigurnost materijala elektroda
Litij-željezo-fosfat i ternarni kompozitni materijali smatraju se jeftinim,"izvrsna sigurnost" katodni materijali, a mogu se popularizirati u industriji električnih vozila. Za materijal pozitivne elektrode, uobičajena metoda za poboljšanje njegove sigurnosti je modifikacija premaza. Na primjer, površinski premaz materijala pozitivne elektrode metalnim oksidom može spriječiti izravan kontakt između materijala pozitivne elektrode i elektrolita, inhibirati promjenu faze materijala pozitivne elektrode i poboljšati njegovu strukturnu stabilnost smanjuje poremećaj kationa u kristalnu rešetku za smanjenje stvaranja topline sporednim reakcijama.
Za materijal negativne elektrode, budući da je površina često najsklonija termokemijskoj razgradnji i stvaranju topline u litij-ionskoj bateriji, poboljšanje toplinske stabilnosti SEI filma ključna je metoda za poboljšanje sigurnosti materijala negativne elektrode. Kroz slabu oksidaciju, taloženje metala i metalnih oksida, polimernu ili ugljičnu prevlaku, toplinska stabilnost materijala negativne elektrode može se poboljšati.
3 Poboljšani dizajn sigurnosne zaštite baterije
Osim poboljšanja sigurnosti materijala baterija, komercijalne litij-ionske baterije usvajaju mnoge sigurnosne mjere zaštite, kao što su postavljanje sigurnosnih ventila baterija, toplinskih osigurača, serijskog povezivanja komponenti s pozitivnim temperaturnim koeficijentima, korištenjem termički zatvorenih dijafragmi, punjenje namjenskih zaštitnih krugova, i namjenski sustav upravljanja baterijama, itd., također je sredstvo za poboljšanje sigurnosti.
Pružatelj sigurnosnih rješenja za pet litij-ionskih baterija
Kako sigurnost litij-ionskih baterija privlači sve veću pozornost, mnoge su tvrtke provele istraživanje i razvoj posebno za potencijalne sigurnosne opasnosti u litij-ionskim baterijama i iznijele učinkovita sigurnosna rješenja za baterije.
Kao najraniji istraživač tehnologije upozorenja i sigurnosne zaštite od toplinskog bijega akumulatora i pionir posebnog automatskog uređaja za gašenje požara u kutiji s baterijama, Chuangwei New Energy je pionir"model termalnog bijega litij-ionske baterije", koji promovirano praćenje toplinskog bijega kutije akumulatora i automatsko gašenje požara. Široka primjena tehnologije.
& quot;Litij-ionska baterija toplinski odbjegli model" podijeljen je u tri dimenzije: okomitu, horizontalnu i vertikalnu. Vertikalni smjer je redundantnost podataka više senzora, to jest, višestruki skupovi senzorskih podataka u istom okruženju postavljeni su za simulaciju krivulje karakterizacije podataka različitih materijala i različitih okruženja; horizontalni smjer je kontinuirani vremenski algoritam za povijesne podatke senzora za uklanjanje buke. Interferencija učinkovito rješava probleme lažnih alarma, lažnih alarma i kašnjenja ranog upozorenja u metodi praga; vertikalna punkcija, zaostatak tupe igle i druge metode koriste se za simulaciju procesa toplinskog bijega različitih tipova akumulatora.
Kroz trodimenzionalnu fuziju, matematičke metode, temeljene na velikom broju eksperimenata i stvarnih operativnih podataka, sažima se unutarnji odnos između različitih varijabli uzrokovanih toplinskim bijegom, a neurološki principi se koriste za formiranje iznimno ranog, vrlo pouzdanog i samostalnog -operativni"litij ion" Termalni model baterije" ostvaruje rano upozorenje i inteligentnu kontrolu skrivenih opasnosti u vijeku trajanja baterije.
Veliki broj primjera ranog upozorenja koji se dogodio u stvarnom pogonu vozila dokazao je učinkovitost i napredak ovog modela, čineći ga temeljnom tehnologijom trenutne tehnologije upozorenja o toplinskom bijegu kutije akumulatora i automatskog gašenja požara.
Shenzhen Benwei baterija je visokotehnološko poduzeće specijalizirano za R&D, proizvodnju i prodaju litij-ionskih baterija. Područja primjene njegovih proizvoda obuhvaćaju: litijeve baterije za električna vozila, litijeve baterije, litijeve baterije za pohranu energije itd. Tvrtka i proizvođači baterijskih ćelija održavaju dugoročnu stabilnost Suradnički odnos i primjenjuju najnovija tehnološka dostignuća i koncepte na cijelu seriju proizvoda razvojni procesi. Proizvodna radionica je opremljena naprednom proizvodnom opremom i prvoklasnim instrumentima za ispitivanje. Istodobno, ima skupinu profesionalnih timova za proizvodnju i upravljanje kvalitetom, strogo svaki korak proizvodne veze, te kroz kontinuiranu optimizaciju i poboljšanje procesa kako bi se osigurala sigurnost baterije.
