Sikkerheten og løsningen til litiumbatteri
Med populariseringen av mobiltelefoner, digitale produkter og elektriske kjøretøy, spiller litium-ion-batterier en stadig viktigere rolle i menneskers liv. Bruksproblemer som lav energitetthet og begrenset sykluslevetid blir ofte kritisert. Sammenlignet med disse problemene er imidlertid sikkerheten til litiumbatterier i fokus.
De siste årene har det florert av ulykker forårsaket av batterisikkerhetsproblemer, og konsekvensene av mange problemer er sjokkerende, som brannhendelsen på litiumbatteriet til Boeing 787 Dreamliner som sjokkerte industrien, og den storskala batteribrannen og -eksplosjonen på Samsung Galaxy Note 7. Sikkerheten til litium-ion-batterier slo nok en gang alarm.
Sammensetningen og arbeidsprinsippet til et litiumionbatteri
Litium-ion-batterier er hovedsakelig sammensatt av positiv elektrode, negativ elektrode, elektrolytt, separator, ekstern tilkobling og emballasjekomponenter. Blant dem inneholder den positive elektroden og den negative elektroden aktive elektrodematerialer, ledende midler, bindemidler, etc., som er jevnt belagt på kobberfolien og aluminiumsfoliestrømkollektorene.
Det positive elektrodepotensialet til litium-ion-batterier er relativt høyt, ofte litium-interkalerte overgangsmetalloksider, eller polyanioniske forbindelser, slik som litiumkoboltat, litiummanganat, ternært, litiumjernfosfat, etc.; litium-ion batteri negative materialer er vanligvis karbon materialer, slik som grafitt og ikke-grafitisert karbon; litiumionbatterielektrolytt er hovedsakelig ikke-vandig løsning, sammensatt av organisk blandet løsningsmiddel og litiumsalt, løsningsmidlet er for det meste organisk løsningsmiddel som karbonsyre, og litiumsaltet er stort sett monovalent polyanionisk litiumsalt, som litiumheksafluorfosfat, etc.; Litiumion-batteriseparatorer er for det meste mikroporøse membraner av polyetylen og polypropylen, som isolerer de positive og negative materialene, forhindrer kortslutninger forårsaket av passasje av elektroner og lar ioner i elektrolytten passere gjennom.
Under ladeprosessen, inne i batteriet, blir litium ekstrahert fra den positive elektroden i form av ioner, transportert av elektrolytten gjennom membranen og innebygd i den negative elektroden; utenfor batteriet migrerer elektroner fra den eksterne kretsen til den negative elektroden. I utladningsprosessen: litiumioner inne i batteriet trekkes ut fra den negative elektroden, passerer gjennom membranen og er innebygd i den positive elektroden; utenfor batteriet migrerer elektroner fra den eksterne kretsen til den positive elektroden. Med lading og utlading er det"litiumion" som migrerer mellom batteriene i stedet for det elementære"litium", så batteriet kalles"litiumionbatteri".
For det andre, sikkerhetsfarene ved litium-ion-batterier
Generelt sett manifesterer sikkerhetsproblemene til litium-ion-batterier seg som brenning eller til og med eksplosjon. Grunnårsaken til disse problemene er den termiske løpingen inne i batteriet. I tillegg kan noen eksterne faktorer, som overlading, brann, klem, punktering og kortslutning. Andre problemer også føre til sikkerhetsproblemer. Litium-ion-batterier vil generere varme under lading og utlading. Hvis varmen som genereres overstiger batteriets varmeavledningskapasitet, vil litium-ion-batteriet overopphetes, og batterimaterialet vil bryte ned SEI-filmen, elektrolyttdekomponering, positiv elektrodenedbrytning, negativ elektrode og destruktive sidereaksjoner som reaksjonen til elektrolytten og reaksjonen til den negative elektroden og bindemidlet.
1 Sikkerhetsfarene ved katodematerialer
Når litium-ion-batteriet brukes feil, vil den interne temperaturen til batteriet øke, og det aktive materialet i det positive elektrodematerialet vil bli spaltet og elektrolytten vil bli oksidert. Samtidig kan disse to reaksjonene generere mye varme, noe som får batteritemperaturen til å stige ytterligere. Ulike delithiation-tilstander har svært forskjellige effekter på gittertransformasjonen av det aktive materialet, dekomponeringstemperaturen og den termiske stabiliteten til batteriet.
2 Sikkerhetsfarene ved anodematerialer
Det negative elektrodematerialet som ble brukt i de tidlige dagene var metallisk litium, og det sammensatte batteriet var tilbøyelig til å produsere litiumdendritter etter gjentatt lading og utlading, som deretter ville trenge gjennom membranen og få batteriet til å kortslutte, lekke og til og med eksplodere. Litium interkaleringsforbindelser kan effektivt unngå generering av litiumdendritter og forbedre sikkerheten til litiumionbatterier. Når temperaturen øker, reagerer den negative karbonelektroden i tilstanden av litiuminnlegg først eksotermt med elektrolytten. Under de samme lade- og utladningsforholdene er varmeavgivelseshastigheten for reaksjonen mellom elektrolytten og den litium-interkalerte kunstige grafitten mye større enn for reaksjonen med litium-interkalerte mesofase-karbonmikrokuler, karbonfibre, koks, etc.
3 Sikkerhetsfarene ved membran og elektrolytt
Elektrolytten til litiumionbatteriet er en blandet løsning av litiumsalt og organisk løsningsmiddel. Det kommersielle litiumsaltet er litiumheksafluorfosfat. Den termiske stabiliteten til elektrolytten. Det organiske løsningsmiddelet til elektrolytten er karbonat, som har lavt kokepunkt og flammepunkt, og som er lett å reagere med litiumsalt for å frigjøre PF5 ved høy temperatur, og lett å oksideres.
4 Skjulte sikkerhetsfarer i produksjonsprosessen
Under produksjonsprosessen av litium-ion-batterier vil prosesser som elektrodeproduksjon og batterimontering ha innvirkning på sikkerheten til batteriet. Kvalitetskontrollen av ulike prosesser som positiv og negativ elektrodeblanding, belegg, valsing, kutting eller stansing, montering, fylling av elektrolytt, forsegling og forming påvirker alle ytelsen og sikkerheten til batteriet. Ensartetheten til slurryen bestemmer jevnheten til den aktive materialfordelingen på elektroden, og påvirker dermed sikkerheten til batteriet. Hvis finheten til slurryen er for stor, vil det negative elektrodematerialet gjennomgå relativt store endringer under lading og utlading, og utfelling av metallisk litium kan forekomme; hvis finheten til slurryen er for liten, vil den interne motstanden til batteriet være for stor. Hvis beleggets oppvarmingstemperatur er for lav eller tørketiden er utilstrekkelig, vil løsningsmidlet forbli, og bindemidlet vil bli delvis oppløst, noe som gjør at noen aktive materialer lett kan skrelles; for høy temperatur kan føre til at bindemidlet karboniseres, og de aktive materialene kan falle av og forårsake interne kortslutninger i batteriet.
5 potensielle sikkerhetsfarer under batteribruk
Litium-ion-batterier skal minimere overlading eller overutlading under bruk. Spesielt for batterier med høy monomerkapasitet kan termisk forstyrrelse forårsake en rekke eksoterme bivirkninger, noe som fører til sikkerhetsproblemer.
Tre sikkerhetstestindikatorer for litium-ion-batterier
Etter at litium-ion-batteriet er produsert, før det når forbrukeren, kreves det en rekke tester for å sikre sikkerheten til batteriet så mye som mulig og redusere potensielle sikkerhetsfarer.
1. Klemtest: Sett det fulladede batteriet på en flat overflate, påfør et trykk på 13±1KN med en hydraulisk sylinder, og klem batteriet fra den flate overflaten av en stålstang med en diameter på 32 mm. Når klemtrykket når maksimalt stopp. Klem, tar ikke batteriet fyr, bare ikke eksplodere.
2. Slagtest: Etter at batteriet er fulladet, plasser det på en flat overflate, plasser en stålsøyle med en diameter på 15,8 mm vertikalt i midten av batteriet, og slipp en vekt på 9,1 kg fritt fra en høyde på 610 mm på stålsøylen over batteriet. Batteriet tar ikke fyr eller eksploderer.
3. Overladingstest: Lad batteriet helt opp med 1C, og utfør en overladingstest i henhold til 3C overlading 10V. Når batteriet overlades, stiger spenningen til en viss spenning og stabiliserer seg i en periode. Når det nærmer seg en viss tidsperiode, øker batterispenningen raskt. Når en viss grense er nådd, trekkes topplokket av batteriet av, spenningen faller til 0V, og batteriet tar ikke fyr eller eksploderer.
4. Kortslutningstest: Etter at batteriet er fulladet, kortsluttes de positive og negative elektroder på batteriet med en ledning med en motstand på ikke mer enn 50mΩ, og overflatetemperaturen til batteriet testes. Maksimal temperatur på batterioverflaten er 140 ℃. Batterilokket er åpnet, og batteriet tar ikke fyr eller eksploderer. .
5. Akupunkturtest: Plasser det fulladede batteriet på en flat overflate, og stikk hull i batteriet i radiell retning med en stålnål med en diameter på 3 mm. Testbatteriet tar ikke fyr eller eksploderer.
6. Temperatursyklustest: Temperatursyklustesten av litiumionbatteri brukes til å simulere sikkerheten til litiumionbatteri når det gjentatte ganger utsettes for miljø med lav temperatur og høy temperatur under transport eller lagring. Testen er å bruke raske og ekstreme temperaturer Endringer gjøres. Etter testen skal prøven ikke brenne, eksplodere eller lekke.
Fire litium-ion batteri sikkerhetsløsninger
I lys av de mange skjulte sikkerhetsrisikoene ved litiumionbatterier i material-, produksjons- og bruksprosessen, er hvordan man kan forbedre delene som er utsatt for sikkerhetsproblemer et problem som produsenter av litiumionbatterier må løse.
1 Forbedre sikkerheten til elektrolytt
Det er høy reaksjonsaktivitet mellom elektrolytten og de positive og negative elektrodene, spesielt ved høye temperaturer. For å forbedre sikkerheten til batteriet, er forbedring av sikkerheten til elektrolytten en av de mer effektive metodene. De potensielle sikkerhetsfarene ved elektrolytt kan løses effektivt ved å tilsette funksjonelle tilsetningsstoffer, bruke nye litiumsalter og bruke nye løsningsmidler.
I henhold til de forskjellige funksjonene til tilsetningsstoffer kan de deles inn i følgende kategorier: sikkerhetsbeskyttelsestilsetninger, filmdannende tilsetningsstoffer, positive elektrodebeskyttelsestilsetninger, stabiliserende litiumsalttilsetningsstoffer, litiumutfellingsfremmende tilsetningsstoffer, antikorrosive tilsetningsstoffer for strømkollektor og tilsetningsstoffer som øker fuktbarheten. .
For å forbedre ytelsen til kommersielle litiumsalter har forskere erstattet atomer på dem og oppnådd mange derivater. Blant dem har forbindelser oppnådd ved å substituere atomer med perfluoralkylgrupper mange fordeler som høyt flammepunkt, lignende ledningsevne og forbedret vannmotstand. , Er en slags litiumsaltforbindelse med gode bruksmuligheter. I tillegg har det anioniske litiumsaltet oppnådd ved å chelatere boratomet med oksygenliganden høy termisk stabilitet.
Når det gjelder løsningsmidler, har mange forskere foreslått en serie nye organiske løsningsmidler, som karboksylsyreestere og organiske etere. I tillegg har ioniske væsker også en klasse elektrolytter med høy sikkerhet, men relativt ofte brukte karbonatbaserte elektrolytter. Viskositeten til ioniske væsker er størrelsesorden høyere, og ledningsevnen og ioneselvdiffusjonskoeffisienten er lave. Det gjenstår fortsatt mye arbeid før det praktiske. Å gjøre.
2 Forbedre sikkerheten til elektrodematerialer
Litiumjernfosfat og ternære komposittmaterialer anses å være rimelige," utmerket sikkerhet" katodematerialer, og kan bli populært i elbilindustrien. For det positive elektrodematerialet er den vanlige metoden for å forbedre sikkerheten modifikasjon av belegg. For eksempel kan overflatebelegget av det positive elektrodematerialet med et metalloksid forhindre direkte kontakt mellom det positive elektrodematerialet og elektrolytten, hemme faseendringen til det positive elektrodematerialet og forbedre dets strukturelle stabilitet reduserer forstyrrelsen av kationer i krystallgitteret for å redusere varmeutvikling ved sidereaksjoner.
For det negative elektrodematerialet, fordi overflaten ofte er mest utsatt for termokjemisk dekomponering og varmeutvikling i litiumionbatteriet, er forbedring av den termiske stabiliteten til SEI-filmen en nøkkelmetode for å forbedre sikkerheten til det negative elektrodematerialet. Gjennom svak oksidasjon, metall- og metalloksidavsetning, polymer- eller karbonbelegg kan den termiske stabiliteten til det negative elektrodematerialet forbedres.
3 Forbedret batterisikkerhetsbeskyttelsesdesign
I tillegg til å forbedre sikkerheten til batterimaterialer, vedtar kommersielle litium-ion-batterier mange sikkerhetstiltak, for eksempel innstilling av batterisikkerhetsventiler, termiske sikringer, seriekobling av komponenter med positive temperaturkoeffisienter, bruk av termisk forseglede membraner, lasting av dedikerte beskyttelseskretser, og dedikert batteristyringssystem, etc., er også et middel for å forbedre sikkerheten.
Leverandør av sikkerhetsløsninger for fem litiumionbatterier
Ettersom sikkerheten til litium-ion-batterier har tiltrukket seg mer og mer oppmerksomhet, har mange selskaper utført forskning og utvikling spesifikt for potensielle sikkerhetsfarer i litium-ion-batterier, og fremmet effektive batterisikkerhetsløsninger.
Som den tidligste forskeren innen innenlandsk strømbatteri termisk løpsk varsling og sikkerhetsteknologi og pioneren innen batteriboks spesiell automatisk brannslokkingsanordning, var Chuangwei New Energy banebrytende for"litium-ion batteri termisk runaway modell", som fremmet termisk overvåking av batteriboks og automatisk brannslukking. Storskala anvendelse av teknologi.
& quot;Lithium-ion batteri termisk runaway modell" er delt inn i tre dimensjoner: vertikal, horisontal og vertikal. Den vertikale retningen er dataredundansen til flere sensorer, det vil si at flere sett med sensordata under samme miljø er montert for å simulere datakarakteriseringskurven for forskjellige materialer og forskjellige miljøer; den horisontale retningen er den kontinuerlige tidsalgoritmen for de historiske dataene til sensoren for å eliminere støy. Interferens løser effektivt problemene med falske alarmer, falske alarmer og tidlig varslingsforsinkelse i terskelmetoden; vertikal punktering, stump nål-etterslep og andre metoder brukes for å simulere den termiske løpsprosessen til forskjellige typer strømbatterier.
Gjennom tredimensjonal fusjon, matematiske metoder, basert på et stort antall eksperimenter og reelle driftsdata, oppsummeres det interne forholdet mellom ulike variabler forårsaket av termisk løping, og nevrologiske prinsipper brukes til å danne en ekstremt tidlig, svært pålitelig og selvtillit. -opererende"litiumion" Batteri termisk runaway modell" innser tidlig varsling og intelligent kontroll over skjulte farer i batterilevetiden.
Et stort antall tidlige varslingseksempler som fant sted i selve kjøretøydriften beviste effektiviteten og fremskrittet til denne modellen, noe som gjorde den til kjerneteknologien for gjeldende batteriboks termisk løpingsvarsling og automatisk brannslokking.
Shenzhen Benwei batteri er en høyteknologisk bedrift som spesialiserer seg på R&D, produksjon og salg av litiumionbatterier. Produktanvendelsesområdene dekker: litiumbatterier for elektriske kjøretøy, litiumbatterier, litiumbatterier for energi, etc. Selskapet og battericelleprodusentene opprettholder langsiktig stabilitet Samarbeidsforhold og anvender de nyeste teknologiske prestasjonene og konseptene på hele produktserien utviklingsprosesser. Produksjonsverkstedet er utstyrt med avansert produksjonsutstyr og førsteklasses testinstrumenter. Samtidig har den en gruppe profesjonelle produksjons- og kvalitetsstyringsteam, strengt tatt hvert trinn i produksjonskoblingen, og gjennom kontinuerlig optimalisering og forbedring i prosessen for å sikre batterisikkerhet.
