Varnost in rešitev litijeve baterije
S popularizacijo mobilnih telefonov, digitalnih izdelkov in električnih vozil igrajo litij-ionske baterije vse pomembnejšo vlogo v življenju ljudi' Težave z uporabo, kot so nizka energijska gostota in omejena življenjska doba cikla, so pogosto kritizirane. Vendar pa je v primerjavi s temi težavami v središču pozornosti varnost litijevih baterij.
V zadnjih letih je veliko nesreč, ki jih povzročajo težave z varnostjo baterij, posledice številnih težav pa so šokantne, kot je požar na litijevi bateriji Boeinga 787 Dreamliner, ki je šokiral industrijo, ter obsežni požar in eksplozija baterije na Samsung Galaxy Note 7. Varnost litij-ionskih baterij je znova sprožila alarm.
Sestava in načelo delovanja litij-ionske baterije
Litij-ionske baterije so v glavnem sestavljene iz pozitivne elektrode, negativne elektrode, elektrolita, separatorja, zunanje povezave in komponent embalaže. Med njimi pozitivna in negativna elektroda vsebujeta aktivne elektrodne materiale, prevodna sredstva, veziva itd., ki so enakomerno prevlečeni na tokovnih kolektorjih iz bakrene folije in aluminijaste folije.
Potencial pozitivne elektrode litij-ionskih baterij je razmeroma visok, pogosto litij-interkalirani oksidi prehodnih kovin ali polianionske spojine, kot so litijev kobaltat, litijev manganat, ternarni, litijev železov fosfat itd.; Negativni materiali za litij-ionske baterije so običajno ogljikovi materiali, kot sta grafit in negrafitiziran ogljik; Elektrolit litij-ionske baterije je večinoma nevodna raztopina, sestavljena iz mešanega organskega topila in litijeve soli, topilo je večinoma organsko topilo, kot je ogljikova kislina, in litijeva sol je večinoma enovalentna polianionska litijeva sol, kot je litijev heksafluorofosfat itd.; Ločevalniki litij-ionskih baterij so večinoma polietilenske in polipropilenske mikroporozne membrane, ki izolirajo pozitivne in negativne materiale, preprečujejo kratke stike, ki nastanejo zaradi prehoda elektronov, in omogočajo prehod ionov v elektrolitu.
Med postopkom polnjenja se v notranjosti baterije litij ekstrahira iz pozitivne elektrode v obliki ionov, ki ga elektrolit prenaša skozi membrano in se vgradi v negativno elektrodo; zunaj baterije elektroni migrirajo iz zunanjega vezja na negativno elektrodo. V procesu praznjenja: litijevi ioni v bateriji se izločijo iz negativne elektrode, preidejo skozi membrano in se vgradijo v pozitivno elektrodo; zunaj baterije se elektroni selijo iz zunanjega vezja na pozitivno elektrodo. Pri polnjenju in praznjenju je"litij ion" ki migrira med baterijami namesto elementarnega"litij ", zato se baterija imenuje"litij-ionska baterija ".
Drugič, varnostne nevarnosti litij-ionskih baterij
Na splošno se varnostne težave litij-ionskih baterij kažejo kot gorenje ali celo eksplozija. Glavni vzrok za te težave je toplotni pobeg v bateriji. Poleg tega lahko nekateri zunanji dejavniki, kot so prekomerno polnjenje, požar, stiskanje, predrtje in kratek stik, povzročijo tudi varnostne težave. Litij-ionske baterije med polnjenjem in praznjenjem proizvajajo toploto. Če ustvarjena toplota preseže zmogljivost odvajanja toplote baterije, se bo litij-ionska baterija pregrela, material baterije pa bo razgradil SEI film, razgradnjo elektrolita, razgradnjo pozitivne elektrode, negativno elektrodo in destruktivne stranske reakcije, kot so reakcija elektrolita in reakcija negativne elektrode in veziva.
1 Varnostne nevarnosti katodnih materialov
Pri nepravilni uporabi litij-ionske baterije se bo zvišala notranja temperatura baterije, aktivni material pozitivne elektrode pa se bo razgradil in elektrolit oksidiral. Hkrati lahko ti dve reakciji povzročita veliko toplote, zaradi česar se temperatura baterije še dodatno dvigne. Različna stanja delitiacije imajo zelo različne učinke na mrežno transformacijo aktivnega materiala, temperaturo razgradnje in toplotno stabilnost baterije.
2 Varnostne nevarnosti anodnih materialov
Material negativne elektrode, uporabljen v zgodnjih dneh, je bil kovinski litij, sestavljena baterija pa je bila nagnjena k tvorbi litijevih dendritov po večkratnem polnjenju in praznjenju, ki bi nato preluknjali membrano, kar je povzročilo kratek stik, puščanje in celo eksplozijo baterije. Litijeve interkalacijske spojine se lahko učinkovito izognejo nastajanju litijevih dendritov in močno izboljšajo varnost litij-ionskih baterij. Ko se temperatura dvigne, ogljikova negativna elektroda v stanju interkalacije litija najprej eksotermno reagira z elektrolitom. Pri enakih pogojih polnjenja in praznjenja je hitrost sproščanja toplote pri reakciji med elektrolitom in umetnim grafitom, vgrajenim v litij, veliko večja kot pri reakciji z litij interkaliranimi mezofaznimi ogljikovimi mikrosferami, ogljikovimi vlakni, koksom itd.
3 Varnostne nevarnosti diafragme in elektrolita
Elektrolit litij-ionske baterije je mešana raztopina litijeve soli in organskega topila. Komercialna litijeva sol je litijev heksafluorofosfat. Toplotna stabilnost elektrolita. Organsko topilo elektrolita je karbonat, ki ima nizko vrelišče in plamenišče ter lahko reagira z litijevo soljo, da sprosti PF5 pri visoki temperaturi, in se zlahka oksidira.
4 Skrite varnostne nevarnosti v proizvodnem procesu
Med proizvodnim postopkom litij-ionskih baterij bodo procesi, kot sta izdelava elektrod in sestavljanje baterije, vplivali na varnost baterije. Nadzor kakovosti različnih procesov, kot so mešanje pozitivnih in negativnih elektrod, premazovanje, valjanje, rezanje ali prebijanje, sestavljanje, polnjenje elektrolita, tesnjenje in oblikovanje, vse to vpliva na zmogljivost in varnost baterije. Enakomernost suspenzije določa enakomerno porazdelitev aktivnega materiala na elektrodi in s tem vpliva na varnost baterije. Če je finost suspenzije prevelika, se bo material negativne elektrode med polnjenjem in praznjenjem sorazmerno spremenil in lahko pride do obarjanja kovinskega litija; če je finota gnojevke premajhna, bo notranji upor baterije prevelik. Če je temperatura segrevanja premaza prenizka ali je čas sušenja premajhen, ostane topilo, vezivo pa se delno raztopi, kar povzroči, da se nekatere aktivne snovi zlahka oluščijo; previsoka temperatura lahko povzroči karboniziranje veziva, aktivni materiali pa lahko odpadejo in povzročijo notranje kratke stike v bateriji.
5 možnih varnostnih nevarnosti med uporabo baterije
Litij-ionske baterije morajo zmanjšati prenapolnjenost ali prekomerno praznjenje med uporabo. Zlasti pri baterijah z visoko monomerno kapaciteto lahko toplotne motnje povzročijo vrsto eksotermnih stranskih reakcij, ki vodijo do varnostnih težav.
Trije indikatorji za varnostno testiranje litij-ionske baterije
Ko je litij-ionska baterija proizvedena, preden pride do potrošnika, je potrebna vrsta testov, da se zagotovi čim večja varnost baterije in zmanjša morebitna varnostna tveganja.
1. Preizkus stiskanja: Popolnoma napolnjeno baterijo postavite na ravno površino, s hidravličnim cilindrom pritisnite 13±1KN in baterijo stisnite z ravne površine jeklene palice s premerom 32 mm. Ko pritisk stiskanja doseže maksimalno zaustavitev Stiskanje, se baterija ne vname, samo ne' ne eksplodira.
2. Preizkus udarca: Ko je baterija popolnoma napolnjena, jo postavite na ravno površino, postavite jekleni steber s premerom 15,8 mm navpično na sredino baterije in prosto spustite utež 9,1 kg z višine 610 mm na jekleni steber nad baterijo. Baterija se ne vname in ne eksplodira.
3. Preizkus prekomernega polnjenja: Popolnoma napolnite baterijo z 1C in izvedite test prenapolnjenosti v skladu s 3C prenapolnjenjem 10V. Ko je baterija prenapolnjena, se napetost dvigne na določeno napetost in se za določen čas stabilizira. Ko se bliža določeno časovno obdobje, napetost baterije hitro naraste. Ko je dosežena določena meja, se zgornji pokrov akumulatorja sname, napetost pade na 0V in baterija se ne vname ali eksplodira.
4. Preizkus kratkega stika: Ko je baterija popolnoma napolnjena, se pozitivna in negativna elektroda baterije kratko stika z žico z uporom največ 50 mΩ in se testira površinska temperatura baterije. Najvišja temperatura površine baterije je 140 ℃. Pokrov baterije je odprt in baterija se ne vname ali ne eksplodira. .
5. Akupunkturni test: Popolnoma napolnjeno baterijo postavite na ravno površino in jo prebodite v radialni smeri z jekleno iglo s premerom 3 mm. Testna baterija se ne vname ali ne eksplodira.
6. Preskus temperaturnega cikla: Preskus temperaturnega cikla litij-ionske baterije se uporablja za simulacijo varnosti litij-ionske baterije, ko je med prevozom ali skladiščenjem večkrat izpostavljen nizki temperaturi in visoki temperaturi. Preizkus je uporaba hitrih in ekstremnih temperaturnih sprememb. Po preskusu vzorec ne sme vžgati, eksplodirati ali puščati.
Štiri varnostne rešitve za litij-ionske baterije
Glede na številne skrite varnostne nevarnosti litij-ionskih baterij v procesu materiala, izdelave in uporabe je problem, ki ga morajo proizvajalci litij-ionskih baterij rešiti, kako izboljšati dele, ki so nagnjeni k varnostnim težavam.
1 Izboljšajte varnost elektrolita
Med elektrolitom ter pozitivnimi in negativnimi elektrodami je visoka reakcijska aktivnost, zlasti pri visokih temperaturah. Za izboljšanje varnosti baterije je izboljšanje varnosti elektrolita ena izmed učinkovitejših metod. Morebitne varnostne nevarnosti elektrolita je mogoče učinkovito rešiti z dodajanjem funkcionalnih dodatkov, uporabo novih litijevih soli in uporabo novih topil.
Glede na različne funkcije dodatkov jih lahko razdelimo v naslednje kategorije: varnostni zaščitni dodatki, dodatki za tvorbo filma, dodatki za zaščito pozitivnih elektrod, stabilizacijski dodatki litijeve soli, dodatki za pospeševanje izločanja litija, protikorozijski dodatki za zbiralnik toka in dodatki za izboljšanje omočljivosti .
Da bi izboljšali učinkovitost komercialnih litijevih soli, so raziskovalci na njih nadomestili atome in pridobili številne derivate. Med njimi imajo spojine, pridobljene z zamenjavo atomov s perfluoroalkilnimi skupinami, številne prednosti, kot so visoko plamenišče, podobna prevodnost in povečana vodoodpornost. , Je nekakšna spojina litijeve soli z velikimi možnostmi uporabe. Poleg tega ima anionska litijeva sol, pridobljena s keliranjem atoma bora s kisikovim ligandom, visoko toplotno stabilnost.
Kar zadeva topila, so mnogi raziskovalci predlagali vrsto novih organskih topil, kot so estri karboksilne kisline in organski etri. Poleg tega imajo ionske tekočine tudi razred elektrolitov z visoko varnostjo, vendar sorazmerno pogosto uporabljeni elektroliti na osnovi karbonata. Viskoznost ionskih tekočin je za red višja, prevodnost in koeficient ionske samodifuzije pa nizka. Pred praktičnostjo je še veliko dela. Narediti.
2 Izboljšajte varnost materialov za elektrode
Litijev železov fosfat in ternarni kompozitni materiali veljajo za poceni,"odlična varnost" katodnih materialov in se lahko popularizira v industriji električnih vozil. Za material pozitivne elektrode je običajna metoda za izboljšanje njegove varnosti modifikacija prevleke. Na primer, površinska prevleka materiala pozitivne elektrode s kovinskim oksidom lahko prepreči neposreden stik med materialom pozitivne elektrode in elektrolitom, zavira fazno spremembo materiala pozitivne elektrode in izboljša njegovo strukturno stabilnost, zmanjša motnjo kationov v kristalno mrežo za zmanjšanje proizvodnje toplote zaradi stranskih reakcij.
Za material negativne elektrode, ker je površina pogosto najbolj nagnjena k termokemični razgradnji in nastajanju toplote v litij-ionski bateriji, je izboljšanje toplotne stabilnosti filma SEI ključna metoda za izboljšanje varnosti materiala negativne elektrode. S šibko oksidacijo, nanašanjem kovin in kovinskih oksidov, polimerno ali ogljikovo prevleko je mogoče izboljšati toplotno stabilnost materiala negativne elektrode.
3 Izboljšana zasnova varnostne zaščite baterije
Poleg izboljšanja varnosti baterijskih materialov komercialne litij-ionske baterije sprejemajo številne varnostne zaščitne ukrepe, kot so nastavitev varnostnih ventilov za baterije, termične varovalke, serijsko povezovanje komponent s pozitivnimi temperaturnimi koeficienti, uporaba toplotno zaprtih membran, nalaganje namenskih zaščitnih vezij, in namenski sistem za upravljanje baterije itd., je tudi sredstvo za izboljšanje varnosti.
Ponudnik varnostnih rešitev petih litij-ionskih baterij
Ker je varnost litij-ionskih baterij pritegnila vse več pozornosti, so mnoga podjetja izvedla raziskave in razvoj posebej za morebitne varnostne nevarnosti pri litij-ionskih baterijah in predstavila učinkovite varnostne rešitve za baterije.
Chuangwei New Energy je kot prvi raziskovalec tehnologije za opozorilo in varnostno opozorilo o termičnem pobegu akumulatorskih baterij in pionir posebne avtomatske naprave za gašenje požara z baterijskim ohišjem, pionir"model litij-ionske baterije za termični pobeg", ki pospešeno spremljanje toplotnega pobega akumulatorske škatle in avtomatsko gašenje požara. Široka uporaba tehnologije.
& quot;Litij-ionska baterija termični model" je razdeljen na tri dimenzije: navpično, vodoravno in navpično. Navpična smer je redundantnost podatkov več senzorjev, to pomeni, da je več nizov senzorskih podatkov v istem okolju nameščenih za simulacijo krivulje karakterizacije podatkov različnih materialov in različnih okolij; vodoravna smer je neprekinjen časovni algoritem za pretekle podatke senzorja za odpravo hrupa. Motnje učinkovito rešujejo težave lažnih alarmov, lažnih alarmov in zamika zgodnjega opozorila pri metodi praga; navpična punkcija, zaostanek s topo iglo in druge metode se uporabljajo za simulacijo procesa toplotnega uhajanja različnih vrst baterij.
S tridimenzionalno fuzijo, matematičnimi metodami, ki temeljijo na velikem številu eksperimentov in dejanskih operativnih podatkov, je povzeto notranje razmerje med različnimi spremenljivkami, ki jih povzroči toplotni pobeg, in uporabljeni nevrološki principi za oblikovanje izjemno zgodnjega, zelo zanesljivega in samostojnega -operativni"litij ion" Termalni model baterije" uresničuje zgodnje opozarjanje in inteligentni nadzor skritih nevarnosti v življenjskem obdobju baterije.
Številni primeri zgodnjega opozarjanja, ki so se pojavili v dejanskem delovanju vozila, so dokazali učinkovitost in napredek tega modela, zaradi česar je postala jedro tehnologije trenutnega opozorila o termičnem pobegu akumulatorske škatle in avtomatskega gašenja požara.
Shenzhen Benwei baterija je visokotehnološko podjetje, specializirano za R&D, proizvodnjo in prodajo litij-ionskih baterij. Področja uporabe njegovih izdelkov zajemajo: litijeve baterije za električna vozila, litijeve baterije, litijeve baterije za shranjevanje energije itd. Podjetje in proizvajalci baterijskih celic ohranjajo dolgoročno stabilnost Sodelovanje ter uporabljajo najnovejše tehnološke dosežke in koncepte za celotno serijo izdelkov. razvojnih procesov. Proizvodna delavnica je opremljena z napredno proizvodno opremo in prvovrstnimi instrumenti za testiranje. Hkrati ima skupino profesionalnih ekip za proizvodnjo in upravljanje kakovosti, strogo na vsakem koraku proizvodne povezave ter s stalno optimizacijo in izboljševanjem procesa za zagotavljanje varnosti baterije.
