Sigurnost i rješenje litijumske baterije
Sa popularizacijom mobilnih telefona, digitalnih proizvoda i električnih vozila, litijum-jonske baterije igraju sve važniju ulogu u životima ljudi' Problemi upotrebe kao što su niska gustoća energije i ograničeni životni vijek često su kritizirani. Međutim, u poređenju sa ovim problemima, bezbednost litijumskih baterija je u fokusu pažnje.
Posljednjih godina ima mnogo nesreća uzrokovanih sigurnosnim problemima baterija, a posljedice mnogih problema su šokantne, poput požara na litijumskoj bateriji Boeinga 787 Dreamliner koji je šokirao industriju, te požara i eksplozije baterije velikih razmjera. na Samsung Galaxy Note 7. Sigurnost litijum-jonskih baterija još jednom je alarmirala.
Sastav i princip rada litijum-jonske baterije
Litijum-jonske baterije se uglavnom sastoje od pozitivne elektrode, negativne elektrode, elektrolita, separatora, eksterne veze i komponenti pakovanja. Među njima, pozitivna i negativna elektroda sadrže aktivne elektrodne materijale, provodljive agense, veziva itd., koji su jednolično obloženi na kolektorima struje bakrene folije i aluminijske folije.
Potencijal pozitivne elektrode litijum-jonskih baterija je relativno visok, često litijum-interkalirani oksidi prelaznih metala ili polianionska jedinjenja, kao što su litijum kobaltat, litijum manganat, ternarni, litij-gvozdeni fosfat, itd.; Negativni materijali litij-ionskih baterija su obično ugljični 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 litij heksafluorofosfat, itd.; Separatori litijum-jonskih baterija su uglavnom polietilenske i polipropilenske mikroporozne membrane, koje izoluju pozitivne i negativne materijale, sprečavaju kratke spojeve uzrokovane prolaskom elektrona i omogućavaju prolaz iona u elektrolitu.
Tokom procesa punjenja, unutar baterije, litijum se ekstrahuje iz pozitivne elektrode u obliku jona, transportuje elektrolit kroz dijafragmu i ugrađuje se u negativnu elektrodu; izvan baterije, elektroni migriraju iz vanjskog kola na negativnu elektrodu. U procesu pražnjenja: litijum joni unutar baterije se izvlače iz negativne elektrode, prolaze kroz dijafragmu i ugrađuju se u pozitivnu elektrodu; izvan baterije, elektroni migriraju iz vanjskog kola na pozitivnu elektrodu. Sa punjenjem i pražnjenjem, to je"litijum jonski" koja migrira između baterija umjesto elementarnog"litijum ", pa se baterija naziva"litijum jonska baterija ".
Drugo, opasnosti po sigurnost litijum-jonskih baterija
Uopšteno govoreći, sigurnosni problemi litijum-jonskih baterija se manifestuju kao gorenje ili čak eksplozija. Osnovni uzrok ovih problema je termički bijeg unutar baterije. Osim toga, neki vanjski faktori, kao što su prekomjerno punjenje, požar, stiskanje, bušenje i kratki spoj. Drugi problemi također mogu dovesti do sigurnosnih problema. Litijum-jonske baterije će stvarati toplotu tokom punjenja i pražnjenja. Ako generirana toplina premašuje kapacitet rasipanje topline baterije, litijum-jonska baterija će se pregrijati, a materijal baterije će razgraditi SEI film, razlaganje elektrolita, razlaganje pozitivne elektrode, negativne elektrode i destruktivne nuspojave kao što su reakcija elektrolita i reakcija negativne elektrode i veziva.
1 Sigurnosne opasnosti katodnih materijala
Kada se litijum-jonska baterija nepravilno koristi, unutrašnja temperatura baterije će se povećati, a aktivni materijal materijala pozitivne elektrode će se razgraditi i elektrolit će oksidirati. U isto vrijeme, ove dvije reakcije mogu generirati mnogo topline, uzrokujući daljnji porast temperature baterije. Različita stanja delitacije imaju vrlo različite efekte na transformaciju rešetke aktivnog materijala, temperaturu raspadanja i termičku stabilnost baterije.
2 Sigurnosne opasnosti od anodnih materijala
Materijal negativne elektrode koji se koristio u ranim danima bio je metalni litijum, a sastavljena baterija je bila sklona stvaranju litijumskih dendrita nakon višekratnog punjenja i pražnjenja, koji bi zatim probili dijafragmu, uzrokujući kratki spoj, curenje i čak eksploziju baterije. Interkalirajuća jedinjenja litijuma mogu efikasno izbjeći stvaranje litijum dendrita i uvelike poboljšati sigurnost litijum-jonskih baterija. Kako temperatura raste, ugljična negativna elektroda u stanju interkalacije litija prvo reagira egzotermno s elektrolitom. Pod istim uvjetima punjenja i pražnjenja, brzina oslobađanja topline reakcije između elektrolita i litijum-interkaliranog umjetnog grafita je mnogo veća od one reakcije s litijum interkaliranim mezofaznim ugljičnim mikrosferama, ugljičnim vlaknima, koksom itd.
3 Sigurnosne opasnosti dijafragme i elektrolita
Elektrolit litijum jonske baterije je mešavina litijeve soli i organskog rastvarača. Komercijalna litijumova so je litijum heksafluorofosfat. Termička stabilnost elektrolita. Organski rastvarač elektrolita je karbonat, koji ima nisku tačku ključanja i tačku paljenja, i lako reaguje sa litijumskom soli da bi se oslobodio PF5 na visokoj temperaturi, i lako se oksidira.
4 Skrivene sigurnosne opasnosti u proizvodnom procesu
Tokom procesa proizvodnje litijum-jonskih baterija, procesi kao što su proizvodnja elektroda i montaža baterije će imati uticaj na bezbednost baterije. Kontrola kvaliteta različitih procesa kao što su miješanje pozitivnih i negativnih elektroda, premazivanje, valjanje, rezanje ili probijanje, sastavljanje, punjenje elektrolita, brtvljenje i oblikovanje sve utječu na performanse i sigurnost baterije. Ujednačenost suspenzije određuje ujednačenost distribucije aktivnog materijala na elektrodi, čime utiče na sigurnost baterije. Ako je finoća suspenzije prevelika, materijal negativne elektrode će pretrpjeti relativno velike promjene tokom punjenja i pražnjenja, a može doći do taloženja metalnog litijuma; ako je finoća kaše premala, unutrašnji otpor baterije će biti prevelik. Ako je temperatura zagrijavanja premaza preniska ili je vrijeme sušenja nedovoljno, otapalo će ostati, a vezivo će se djelomično otopiti, uzrokujući da se neki aktivni materijali lako gule; previsoka temperatura može uzrokovati karbonizaciju veziva, a aktivni materijali mogu otpasti i uzrokovati unutrašnje kratke spojeve u bateriji.
5 potencijalnih sigurnosnih opasnosti tokom upotrebe baterije
Litijum-jonske baterije treba da minimiziraju prekomerno punjenje ili prekomerno pražnjenje tokom upotrebe. Posebno za baterije s visokim kapacitetom monomera, termalni poremećaji mogu uzrokovati niz egzotermnih nuspojava, što dovodi do sigurnosnih problema.
Tri indikatora sigurnosti litijum-jonske baterije
Nakon što je litijum-jonska baterija proizvedena, prije nego što stigne do potrošača, potreban je niz testova kako bi se osigurala sigurnost baterije što je više moguće i smanjile potencijalne sigurnosne opasnosti.
1. Test stiskanja: Postavite potpuno napunjenu bateriju na ravnu površinu, izvršite pritisak od 13±1KN hidrauličnim cilindrom i istisnite bateriju sa ravne površine čelične šipke promjera 32 mm. Kada pritisak stiskanja dostigne maksimalnu stopu Stisni, baterija se ne zapali, samo nemojte' nemojte eksplodirati.
2. Test na udar: Nakon što se baterija potpuno napuni, stavite je na ravnu površinu, postavite čelični stup prečnika 15,8 mm okomito u sredinu baterije i slobodno spustite uteg od 9,1 kg sa visine od 610 mm na čelični stub iznad baterije. Baterija se ne zapali niti eksplodira.
3. Test prekomjernog punjenja: Potpuno napunite bateriju sa 1C i izvršite test prekomjernog punjenja prema 3C prepunjenju 10V. Kada je baterija prenapunjena, napon raste do određenog napona i stabilizira se neko vrijeme. Kada se približi određenom vremenskom periodu, napon baterije brzo raste. Kada se dostigne određena granica, gornji poklopac baterije se skida, napon pada na 0V, a baterija se ne zapali niti eksplodira.
4. Test kratkog spoja: Nakon što je baterija potpuno napunjena, pozitivna i negativna elektroda baterije se kratko spajaju žicom sa otporom ne većim od 50mΩ i testira se 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 probušite bateriju u radijalnom smjeru čeličnom iglom promjera 3 mm. Test baterija se ne zapali niti eksplodira.
6. Test temperaturnog ciklusa: Test temperaturnog ciklusa litijum-jonske baterije se koristi za simulaciju sigurnosti litijum-jonske baterije kada je više puta izložena niskoj temperaturi i okruženju visoke temperature tokom transporta ili skladištenja. Test je korištenje brzih i ekstremnih temperaturnih promjena. Nakon testa, uzorak ne bi trebao pucati, eksplodirati ili curiti.
Četiri sigurnosna rješenja za litijum-jonske baterije
S obzirom na mnoge skrivene sigurnosne opasnosti litijum-jonskih baterija u materijalu, procesu proizvodnje i upotrebe, kako poboljšati dijelove koji su skloni sigurnosnim problemima je problem koji proizvođači litijum-jonskih baterija moraju riješiti.
1 Poboljšajte sigurnost elektrolita
Postoji visoka reakcijska aktivnost između elektrolita i pozitivne i negativne elektrode, posebno pri visokim temperaturama. Kako bi se poboljšala sigurnost baterije, poboljšanje sigurnosti elektrolita je jedna od efikasnijih metoda. Potencijalni sigurnosni rizici elektrolita mogu se efikasno riješiti dodavanjem funkcionalnih aditiva, korištenjem novih litijumovih soli i korištenjem novih rastvarača.
Prema različitim funkcijama aditiva, oni se mogu podijeliti u sljedeće kategorije: aditivi za sigurnost, aditivi za stvaranje filma, aditivi za zaštitu pozitivnih elektroda, stabilizirajući aditivi litijeve soli, aditivi koji potiču taloženje litija, antikorozivni aditivi za strujni kolektor i aditivi za poboljšanje vlaženja .
Kako bi poboljšali performanse komercijalnih litijevih soli, istraživači su zamijenili atome na njima i dobili mnoge derivate. Među njima, jedinjenja dobijena supstitucijom atoma sa perfluoroalkil grupama imaju mnoge prednosti kao što su visoka tačka paljenja, slična provodljivost i poboljšana vodootpornost. , Je vrsta spoja litijeve soli s velikim izgledima za primjenu. Osim toga, anjonska litijumova so dobijena keliranjem atoma bora sa ligandom kiseonika ima visoku termičku stabilnost.
Što se tiče rastvarača, mnogi istraživači su predložili niz novih organskih rastvarača, kao što su esteri karboksilne kiseline i organski eteri. Osim toga, jonske tekućine također imaju klasu elektrolita visoke sigurnosti, ali relativno često korišteni elektroliti na bazi karbonata. Viskoznost jonskih tečnosti je za redove veličine veća, a provodljivost i koeficijent samodifuzije jona su niski. Ima još puno posla prije praktičnosti. Uraditi.
2 Poboljšajte sigurnost materijala elektroda
Litijum gvožđe fosfat i ternarni kompozitni materijali se smatraju jeftinim,"izvrsna sigurnost" katodni materijali i 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 direktan kontakt između materijala pozitivne elektrode i elektrolita, inhibirati promjenu faze u materijalu 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 termohemijskom raspadanju i stvaranju topline u litijum-jonskoj bateriji, poboljšanje termičke stabilnosti SEI filma je ključna metoda za poboljšanje sigurnosti materijala negativne elektrode. Kroz slabu oksidaciju, taloženje metala i metalnih oksida, polimer ili ugljični premaz, može se poboljšati termička stabilnost materijala negativne elektrode.
3 Poboljšani dizajn sigurnosne zaštite baterije
Osim poboljšanja sigurnosti materijala za baterije, komercijalne litijum-jonske baterije usvajaju mnoge sigurnosne mjere zaštite, kao što su postavljanje sigurnosnih ventila baterija, termičkih osigurača, povezivanje komponenti sa pozitivnim temperaturnim koeficijentima u seriju, korištenjem termički zatvorenih dijafragmi, punjenje namjenskih zaštitnih krugova, i namenski sistem upravljanja baterijama, itd., takođe je sredstvo za poboljšanje bezbednosti.
Dobavljač sigurnosnog rješenja sa pet litijum-jonskih baterija
Kako sigurnost litijum-jonskih baterija privlači sve veću pažnju, mnoge kompanije su sprovele istraživanje i razvoj posebno za potencijalne bezbednosne opasnosti u litijum-jonskim baterijama i iznele efikasna bezbednosna rešenja za baterije.
Kao najraniji istraživač tehnologije upozoravanja i sigurnosti na termičku bateriju za napajanje električnom energijom i pionir specijalnog automatskog uređaja za gašenje požara u kutiji za baterije, Chuangwei New Energy je uveo"termalni model litijum-jonske baterije", koji unapređeno praćenje termičkog bijega akumulatorske kutije i automatsko gašenje požara. Široka primjena tehnologije.
& quot;Litijum-jonska baterija termalni model" podijeljen je u tri dimenzije: vertikalnu, horizontalnu i vertikalnu. Vertikalni smjer je redundantnost podataka više senzora, to jest, višestruki setovi senzorskih podataka u istom okruženju su postavljeni da simuliraju krivulju karakterizacije podataka različitih materijala i različitih okruženja; horizontalni pravac je kontinuirani vremenski algoritam za historijske podatke senzora za eliminaciju buke. Interferencija efikasno rješava probleme lažnih alarma, lažnih alarma i kašnjenja ranog upozorenja u metodi praga; vertikalna punkcija, zaostatak tupe igle i druge metode se koriste za simulaciju procesa termičkog odlaska različitih tipova baterija.
Kroz trodimenzionalnu fuziju, matematičke metode, zasnovane na velikom broju eksperimenata i stvarnih operativnih podataka, sumira se unutrašnji odnos između različitih varijabli uzrokovanih toplotnim bežanjem, a neurološki principi se koriste za formiranje izuzetno ranog, visoko pouzdanog i samostalnog -operativni"litijum jonski" 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 radu vozila dokazao je učinkovitost i napredak ovog modela, čineći ga osnovnom tehnologijom trenutne termičke upozorenja na bijeg akumulatora i automatskog gašenja požara.
Shenzhen Benwei baterija je visokotehnološko poduzeće specijalizirano za R&D, proizvodnju i prodaju litijum-jonskih baterija. Područja primjene njegovih proizvoda pokrivaju: litijumske baterije za električna vozila, litijumske baterije, litijumske baterije za skladištenje energije, itd. Kompanija i proizvođači baterijskih ćelija održavaju dugoročnu stabilnost Kooperativni 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. U isto vrijeme, ima grupu profesionalnih timova za proizvodnju i upravljanje kvalitetom, striktno svaki korak proizvodne veze, te kroz kontinuiranu optimizaciju i poboljšanje procesa kako bi se osigurala sigurnost baterije.
