Bezpieczeństwo i rozwiązanie baterii litowej
Wraz z popularyzacją telefonów komórkowych, produktów cyfrowych i pojazdów elektrycznych, baterie litowo-jonowe odgrywają coraz większą rolę w życiu ludzi'. Często krytykowane są problemy związane z użytkowaniem, takie jak niska gęstość energii i ograniczony cykl życia. Jednak w porównaniu z tymi problemami w centrum uwagi jest bezpieczeństwo baterii litowych.
W ostatnich latach mnożą się wypadki spowodowane problemami z bezpieczeństwem baterii, a konsekwencje wielu problemów są szokujące, takie jak incydent z pożarem na baterii litowej Boeinga 787 Dreamliner, który wstrząsnął branżą, oraz incydent z pożarem i wybuchem baterii na dużą skalę na Samsung Galaxy Note 7. Bezpieczeństwo baterii litowo-jonowych po raz kolejny zabrzmiało na alarm.
Skład i zasada działania baterii litowo-jonowej
Akumulatory litowo-jonowe składają się głównie z elektrody dodatniej, elektrody ujemnej, elektrolitu, separatora, połączenia zewnętrznego i elementów opakowania. Wśród nich elektroda dodatnia i elektroda ujemna zawierają materiały elektrod aktywnych, środki przewodzące, spoiwa itp., które są równomiernie nałożone na folię miedzianą i kolektory prądu z folii aluminiowej.
Potencjał elektrody dodatniej akumulatorów litowo-jonowych jest stosunkowo wysoki, często tlenki metali przejściowych interkalowane litem lub związki polianionowe, takie jak kobaltan litu, manganian litu, trójskładnikowy, fosforan litowo-żelazowy itp.; Materiały ujemne akumulatora litowo-jonowego są zwykle materiałami węglowymi, takimi jak grafit i węgiel niegrafityzowany; Elektrolit akumulatora litowo-jonowego jest głównie roztworem niewodnym, składającym się z mieszanego rozpuszczalnika organicznego i soli litowej, rozpuszczalnikiem jest głównie rozpuszczalnik organiczny, taki jak kwas węglowy, a sól litowa jest głównie jednowartościową polianionową solą litową, taką jak heksafluorofosforan litu itp .; Separatory akumulatorów litowo-jonowych to głównie polietylenowe i polipropylenowe mikroporowate membrany, które izolują materiały dodatnie i ujemne, zapobiegają zwarciom spowodowanym przechodzeniem elektronów i przepuszczają jony w elektrolicie.
Podczas procesu ładowania wewnątrz akumulatora lit jest wydobywany z elektrody dodatniej w postaci jonów, transportowanych przez elektrolit przez membranę i osadzonych w elektrodzie ujemnej; poza akumulatorem elektrony migrują z obwodu zewnętrznego do elektrody ujemnej. W procesie rozładowania: jony litu znajdujące się wewnątrz akumulatora są usuwane z elektrody ujemnej, przechodzą przez membranę i są osadzane w elektrodzie dodatniej; poza akumulatorem elektrony migrują z obwodu zewnętrznego do elektrody dodatniej. Przy ładowaniu i rozładowywaniu jest to"jon litu" który migruje między bateriami zamiast elementarnego&„litu &”; więc bateria nazywa się&„akumulator litowo-jonowy &”;.
Po drugie, zagrożenia bezpieczeństwa związane z akumulatorami litowo-jonowymi
Ogólnie rzecz biorąc, problemy związane z bezpieczeństwem akumulatorów litowo-jonowych objawiają się spaleniem, a nawet wybuchem. Podstawową przyczyną tych problemów jest niestabilność termiczna wewnątrz akumulatora. Ponadto niektóre czynniki zewnętrzne, takie jak przeładowanie, pożar, ściśnięcie, przebicie i zwarcie. Inne problemy mogą również prowadzić do problemów z bezpieczeństwem. Akumulatory litowo-jonowe generują ciepło podczas ładowania i rozładowywania. Jeśli wytworzone ciepło przekroczy zdolność rozpraszania ciepła akumulatora, akumulator litowo-jonowy przegrzeje się, a materiał akumulatora rozłoży folię SEI, rozkład elektrolitu, rozkład elektrody dodatniej, elektrody ujemnej i niszczące reakcje uboczne, takie jak reakcja elektrolitu i reakcja elektrody ujemnej i spoiwa.
1 Zagrożenia bezpieczeństwa materiałów katodowych
Gdy bateria litowo-jonowa jest używana nieprawidłowo, wewnętrzna temperatura baterii wzrośnie, a aktywny materiał materiału elektrody dodatniej ulegnie rozkładowi, a elektrolit ulegnie utlenieniu. Jednocześnie te dwie reakcje mogą generować dużo ciepła, powodując dalszy wzrost temperatury akumulatora. Różne stany rozwarstwienia mają bardzo różny wpływ na transformację sieciową materiału aktywnego, temperaturę rozkładu i stabilność termiczną akumulatora.
2 Zagrożenia bezpieczeństwa materiałów anodowych
Materiałem elektrody ujemnej używanym na początku był metaliczny lit, a zmontowany akumulator miał skłonność do wytwarzania dendrytów litu po wielokrotnym ładowaniu i rozładowywaniu, które następnie przebijały membranę, powodując zwarcie, wyciek, a nawet eksplozję. Związki interkalacyjne litu mogą skutecznie zapobiegać generowaniu dendrytów litu i znacznie poprawiać bezpieczeństwo akumulatorów litowo-jonowych. Wraz ze wzrostem temperatury węglowa elektroda ujemna w stanie interkalacji litu najpierw reaguje egzotermicznie z elektrolitem. W tych samych warunkach ładowania i rozładowywania szybkość wydzielania ciepła w reakcji między elektrolitem a sztucznym grafitem interkalowanym litem jest znacznie większa niż reakcja z mikrosferami węglowymi mezofazy interkalowanej litem, włóknami węglowymi, koksem itp.
3 Zagrożenia bezpieczeństwa membrany i elektrolitu
Elektrolit baterii litowo-jonowej jest mieszanym roztworem soli litowej i rozpuszczalnika organicznego. Handlowa sól litowa to heksafluorofosforan litu. Stabilność termiczna elektrolitu. Rozpuszczalnikiem organicznym elektrolitu jest węglan, który ma niską temperaturę wrzenia i temperaturę zapłonu, łatwo reaguje z solą litu w celu uwolnienia PF5 w wysokiej temperaturze i łatwo się utlenia.
4 Ukryte zagrożenia bezpieczeństwa w procesie produkcyjnym
Podczas procesu produkcji akumulatorów litowo-jonowych procesy takie jak produkcja elektrod i montaż akumulatora będą miały wpływ na bezpieczeństwo akumulatora. Kontrola jakości różnych procesów, takich jak mieszanie elektrod dodatnich i ujemnych, powlekanie, walcowanie, cięcie lub wykrawanie, montaż, napełnianie elektrolitem, uszczelnianie i formowanie ma wpływ na wydajność i bezpieczeństwo akumulatora. Jednorodność zawiesiny determinuje równomierność rozkładu materiału aktywnego na elektrodzie, wpływając tym samym na bezpieczeństwo baterii. Jeśli rozdrobnienie zawiesiny jest zbyt duże, materiał elektrody ujemnej ulegnie stosunkowo dużym zmianom podczas ładowania i rozładowywania i może wystąpić wytrącanie metalicznego litu; jeśli rozdrobnienie zawiesiny jest zbyt małe, rezystancja wewnętrzna akumulatora będzie zbyt duża. Jeśli temperatura nagrzewania powłoki jest zbyt niska lub czas schnięcia jest niewystarczający, rozpuszczalnik pozostanie, a spoiwo zostanie częściowo rozpuszczone, powodując łatwe złuszczanie się niektórych materiałów aktywnych; zbyt wysoka temperatura może spowodować zwęglenie spoiwa, a materiały aktywne mogą odpaść i spowodować wewnętrzne zwarcia w akumulatorze.
5 potencjalnych zagrożeń bezpieczeństwa podczas użytkowania baterii;
Akumulatory litowo-jonowe powinny minimalizować przeładowanie lub nadmierne rozładowanie podczas użytkowania. Zwłaszcza w przypadku akumulatorów o dużej pojemności monomeru zaburzenia termiczne mogą powodować szereg egzotermicznych reakcji ubocznych, co prowadzi do problemów z bezpieczeństwem.
Trzy wskaźniki testowania bezpieczeństwa akumulatora litowo-jonowego
Po wyprodukowaniu akumulatora litowo-jonowego, zanim trafi on do konsumenta, wymagany jest szereg testów, aby zapewnić jak największe bezpieczeństwo akumulatora i zmniejszyć potencjalne zagrożenia bezpieczeństwa.
1. Test ściskania: Połóż w pełni naładowany akumulator na płaskiej powierzchni, dociśnij siłownik hydrauliczny 13±1KN i wyciśnij akumulator z płaskiej powierzchni stalowego pręta o średnicy 32mm. Gdy nacisk ściskania osiągnie maksymalny poziom Ściskanie, bateria nie zapala się, wystarczy'nie eksplodować.
2. Test udarności: Po całkowitym naładowaniu akumulatora umieść go na płaskiej powierzchni, umieść stalową kolumnę o średnicy 15,8 mm pionowo na środku akumulatora i swobodnie zrzuć ciężar 9,1 kg z wysokości 610 mm na stalowa kolumna nad baterią. Akumulator nie zapala się ani nie eksploduje.
3. Test przeładowania: Całkowicie naładuj baterię 1C i wykonaj test przeładowania zgodnie z przeładowaniem 3C 10V. Gdy akumulator jest przeładowany, napięcie wzrasta do określonej wartości i stabilizuje się przez pewien czas. Gdy zbliża się do określonego czasu, napięcie akumulatora gwałtownie rośnie. Po osiągnięciu pewnego limitu górna nasadka akumulatora zostaje zdjęta, napięcie spada do 0 V, a akumulator nie zapala się ani nie eksploduje.
4. Test zwarcia: Po całkowitym naładowaniu akumulatora, dodatnie i ujemne elektrody akumulatora są zwierane przewodem o rezystancji nie większej niż 50mΩ i testowana jest temperatura powierzchni akumulatora. Maksymalna temperatura powierzchni baterii to 140℃. Pokrywa baterii jest otwarta, a bateria nie zapala się ani nie eksploduje. .
5. Test akupunktury: Umieść w pełni naładowany akumulator na płaskiej powierzchni i przekłuj go w kierunku promieniowym stalową igłą o średnicy 3 mm. Akumulator testowy nie zapala się ani nie eksploduje.
6. Test cyklu temperaturowego: Test cyklu temperaturowego akumulatora litowo-jonowego służy do symulacji bezpieczeństwa akumulatora litowo-jonowego, gdy jest on wielokrotnie wystawiany na działanie niskiej temperatury i wysokiej temperatury podczas transportu lub przechowywania. Test polega na wykorzystaniu szybkich i ekstremalnych temperatur. Zmiany są dokonywane. Po badaniu próbka nie powinna wybuchać, eksplodować ani przeciekać.
Cztery rozwiązania bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych
W związku z wieloma ukrytymi zagrożeniami bezpieczeństwa akumulatorów litowo-jonowych w materiale, procesie produkcji i użytkowania, jak ulepszyć części, które są podatne na problemy z bezpieczeństwem, jest problemem, który muszą rozwiązać producenci akumulatorów litowo-jonowych.
1 Popraw bezpieczeństwo elektrolitu
Między elektrolitem a elektrodą dodatnią i ujemną występuje duża aktywność reakcji, szczególnie w wysokich temperaturach. Jedną z bardziej skutecznych metod w celu poprawy bezpieczeństwa baterii jest poprawa bezpieczeństwa elektrolitu. Potencjalne zagrożenia bezpieczeństwa związane z elektrolitem można skutecznie rozwiązać, dodając dodatki funkcjonalne, stosując nowe sole litu i stosując nowe rozpuszczalniki.
Zgodnie z różnymi funkcjami dodatków można je podzielić na następujące kategorie: dodatki zabezpieczające, dodatki błonotwórcze, dodatki chroniące elektrody dodatnie, stabilizujące dodatki soli litu, dodatki zwiększające wytrącanie litu, dodatki antykorozyjne kolektora prądu i dodatki zwiększające zwilżalność .
Aby poprawić działanie komercyjnych soli litu, naukowcy podmienili je na atomy i uzyskali wiele pochodnych. Wśród nich związki otrzymane przez zastąpienie atomów grupami perfluoroalkilowymi mają wiele zalet, takich jak wysoka temperatura zapłonu, podobna przewodność i zwiększona wodoodporność. , Jest rodzajem związku soli litu o wielkich perspektywach zastosowań. Ponadto anionowa sól litowa otrzymana przez chelatowanie atomu boru ligandem tlenowym ma wysoką stabilność termiczną.
Jeśli chodzi o rozpuszczalniki, wielu badaczy zaproponowało serię nowych rozpuszczalników organicznych, takich jak estry kwasów karboksylowych i etery organiczne. Ponadto ciecze jonowe mają również klasę elektrolitów o wysokim poziomie bezpieczeństwa, ale stosunkowo powszechnie stosowanych elektrolitów na bazie węglanów. Lepkość cieczy jonowych jest o rząd wielkości wyższa, a przewodnictwo i współczynnik samodyfuzji jonów są niskie. Przed praktycznością jest jeszcze dużo pracy. Do zrobienia.
2 Popraw bezpieczeństwo materiałów elektrod
Fosforan litowo-żelazowy i trójskładnikowe materiały kompozytowe są uważane za niedrogie,"doskonałe bezpieczeństwo" materiałów katodowych i może być spopularyzowana w przemyśle pojazdów elektrycznych. W przypadku materiału elektrody dodatniej powszechną metodą poprawy jego bezpieczeństwa jest modyfikacja powłoki. Na przykład powłoka powierzchni materiału elektrody dodatniej tlenkiem metalu może zapobiegać bezpośredniemu kontaktowi między materiałem elektrody dodatniej a elektrolitem, hamować zmianę fazy materiału elektrody dodatniej i poprawiać jego stabilność strukturalną zmniejsza zaburzenie kationów w sieć krystaliczną w celu zmniejszenia wytwarzania ciepła przez reakcje uboczne.
W przypadku materiału elektrody ujemnej, ponieważ powierzchnia jest często najbardziej podatna na rozkład termochemiczny i wytwarzanie ciepła w akumulatorze litowo-jonowym, poprawa stabilności termicznej folii SEI jest kluczową metodą poprawy bezpieczeństwa materiału elektrody ujemnej. Poprzez słabe utlenianie, osadzanie metali i tlenków metali, powłokę polimerową lub węglową można poprawić stabilność termiczną materiału elektrody ujemnej.
3 Ulepszony projekt ochrony baterii
Oprócz poprawy bezpieczeństwa materiałów akumulatorowych, komercyjne akumulatory litowo-jonowe przyjmują wiele środków zabezpieczających, takich jak ustawianie zaworów bezpieczeństwa akumulatorów, bezpieczniki termiczne, szeregowe łączenie elementów o dodatnich współczynnikach temperaturowych, stosowanie membran uszczelnionych termicznie, obciążanie dedykowanych obwodów ochronnych, i dedykowany system zarządzania baterią itp. jest również sposobem na zwiększenie bezpieczeństwa.
Pięć dostawców rozwiązań zapewniających bezpieczeństwo akumulatorów litowo-jonowych
Ponieważ bezpieczeństwo akumulatorów litowo-jonowych przyciąga coraz więcej uwagi, wiele firm prowadzi badania i rozwój specjalnie pod kątem potencjalnych zagrożeń bezpieczeństwa w akumulatorach litowo-jonowych i proponuje skuteczne rozwiązania w zakresie bezpieczeństwa akumulatorów.
Jako najwcześniejszy badacz technologii ostrzegania i bezpieczeństwa termicznego akumulatora energii domowej oraz pionier specjalnego automatycznego urządzenia gaśniczego do skrzyni akumulatorów, Chuangwei New Energy był pionierem" modelem niekontrolowanej awarii akumulatora litowo-jonowego", który promowane monitorowanie niekontrolowanej temperatury skrzynki akumulatorów i automatyczne gaszenie pożarów. Zastosowanie technologii na dużą skalę.
& quot;Termiczny model akumulatora litowo-jonowego" podzielony jest na trzy wymiary: pionowy, poziomy i pionowy. Kierunek pionowy to nadmiarowość danych z wielu czujników, to znaczy, że wiele zestawów danych z czujników w tym samym środowisku jest dopasowywanych w celu symulacji krzywej charakterystyki danych z różnych materiałów i różnych środowisk; kierunek poziomy to ciągły algorytm czasu dla danych historycznych czujnika w celu wyeliminowania szumów Zakłócenia skutecznie rozwiązują problemy fałszywych alarmów, fałszywych alarmów i opóźnienia wczesnego ostrzegania w metodzie progowej; Pionowe nakłucie, tępa igła zaległości i inne metody są wykorzystywane do symulacji niekontrolowanego procesu termicznego różnych typów akumulatorów.
Dzięki trójwymiarowej fuzji, metodom matematycznym, opartym na dużej liczbie eksperymentów i rzeczywistych danych operacyjnych, podsumowano wewnętrzny związek między różnymi zmiennymi spowodowanymi niestabilnością cieplną, a zasady neurologiczne są wykorzystywane do utworzenia niezwykle wczesnego, wysoce niezawodnego i samodzielnego -działanie"jon litu" Model niekontrolowanej temperatury akumulatora" realizuje wczesne ostrzeganie i inteligentną kontrolę ukrytych zagrożeń w żywotności baterii.
Duża liczba przykładów wczesnego ostrzegania, które pojawiły się w rzeczywistej eksploatacji pojazdu, dowiodła skuteczności i zaawansowania tego modelu, co czyni go podstawową technologią obecnego ostrzegania przed niekontrolowaną temperaturą skrzynki akumulatorowej i automatycznego gaszenia pożaru.
Bateria Shenzhen Benwei to zaawansowane technologicznie przedsiębiorstwo specjalizujące się w R& D, produkcji i sprzedaży akumulatorów litowo-jonowych. Obszary zastosowań jej produktów obejmują: akumulatory litowe do pojazdów elektrycznych, akumulatory litowe, akumulatory litowe do magazynowania energii itp. Firma i producenci ogniw akumulatorów utrzymują długoterminową stabilność Współpraca i stosuje najnowsze osiągnięcia technologiczne i koncepcje w całej serii produktów procesy rozwoju. Warsztat produkcyjny wyposażony jest w zaawansowany sprzęt produkcyjny i najwyższej klasy przyrządy testujące. Jednocześnie posiada grupę profesjonalnych zespołów produkcyjnych i zarządzania jakością, ściśle na każdym etapie ogniwa produkcyjnego oraz poprzez ciągłą optymalizację i doskonalenie procesu w celu zapewnienia bezpieczeństwa baterii.
