Sigurnost i rešenje litijumske baterije
Sa popularizacijom mobilnih telefona, digitalnih proizvoda i električnih vozila, litijum-jonske baterije igraju sve važniju ulogu u životima ljudi' Često se kritikuju problemi korišćenja kao što su niska gustina energije i ograničeni životni vek. Međutim, u poređenju sa ovim problemima, bezbednost litijumskih baterija je u fokusu pažnje.
Poslednjih godina ima mnogo nesreća izazvanih problemima bezbednosti baterija, a posledice mnogih problema su šokantne, kao što je incident sa požarom na litijumskoj bateriji Boeing 787 Dreamliner koji je šokirao industriju, i incident sa požarom i eksplozijom velikih razmera. na Samsung Galaxy Note 7. Sigurnost litijum-jonskih baterija je još jednom oglasila alarm.
Sastav i princip rada litijum-jonske baterije
Litijum-jonske baterije se uglavnom sastoje od pozitivne elektrode, negativne elektrode, elektrolita, separatora, spoljne veze i komponenti za pakovanje. Među njima, pozitivna i negativna elektroda sadrže aktivne elektrodne materijale, provodne agense, veziva itd., koji su ravnomerno obloženi na kolektorima struje bakarne folije i aluminijumske folije.
Potencijal pozitivne elektrode litijum-jonskih baterija je relativno visok, često litijum-interkalirani oksidi prelaznih metala, ili polianjonska jedinjenja, kao što su litijum kobaltat, litijum manganat, ternarni, litijum gvožđe fosfat, itd.; Negativni materijali litijum-jonske baterije su obično ugljenični materijali, kao što su grafit i negrafitizovani ugljenik; Elektrolit litijum jonske baterije je uglavnom ne-vodeni rastvor, sastavljen od organskog mešanog rastvarača i litijumove soli, rastvarač je uglavnom organski rastvarač kao što je ugljena kiselina, a litijumova so je uglavnom monovalentna polianjonska litijumova so, kao što je litijum heksafluorofosfat, itd.; Odvajači 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 jonima 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; van baterije, elektroni migriraju sa spoljašnjeg 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; van baterije, elektroni migriraju sa spoljašnjeg kola na pozitivnu elektrodu. Sa punjenjem i pražnjenjem, to je"litijum jonski" koja migrira između baterija umesto elementarnog"litijum ", pa se baterija naziva"litijum jonska baterija ".
Drugo, opasnosti po bezbednost litijum-jonskih baterija
Uopšteno govoreći, bezbednosni problemi litijum-jonskih baterija se manifestuju kao gorenje ili čak eksplozija. Osnovni uzrok ovih problema je termički bijeg unutar baterije. Pored toga, neki spoljni faktori, kao što su prekomerno punjenje, požar, stiskanje, probijanje i kratki spoj. Drugi problemi takođe mogu dovesti do bezbednosnih problema. Litijum-jonske baterije će generisati toplotu tokom punjenja i pražnjenja. Ako proizvedena toplota premašuje kapacitet rasipanje toplote baterije, litijum-jonska baterija će se pregrejati, a materijal baterije će razgraditi SEI film, razlaganje elektrolita, razlaganje pozitivne elektrode, negativne elektrode i destruktivne sporedne reakcije kao što su reakcija elektrolita i reakcija negativne elektrode i veziva.
1 Bezbednosne opasnosti od 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 vreme, ove dve reakcije mogu da generišu mnogo toplote, što dovodi do daljeg porasta temperature baterije. Različita stanja delitacije imaju veoma različite efekte na transformaciju rešetke aktivnog materijala, temperaturu raspadanja i termičku stabilnost baterije.
2 Bezbednosne opasnosti od anodnih materijala
Materijal negativne elektrode koji se koristio u ranim danima bio je metalni litijum, a sklopljena baterija je bila sklona da proizvodi litijumske dendrite nakon ponovljenog punjenja i pražnjenja, koji bi zatim probili dijafragmu, uzrokujući kratki spoj, curenje i čak eksploziju baterije. Interkalna jedinjenja litijuma mogu efikasno da izbegnu stvaranje litijum dendrita i značajno poboljšaju bezbednost litijum-jonskih baterija. Kako temperatura raste, ugljenikova negativna elektroda u stanju interkalacije litijuma prvo reaguje egzotermno sa elektrolitom. Pod istim uslovima punjenja i pražnjenja, brzina oslobađanja toplote reakcije između elektrolita i litijum-interkaliranog veštačkog grafita je mnogo veća od one reakcije sa litijum-interkaliranim mezofaznim ugljeničnim mikrosferama, ugljeničnim vlaknima, koksom itd.
3 Bezbednosne opasnosti dijafragme i elektrolita
Elektrolit litijum-jonske baterije je mešani rastvor litijumove 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 solju da bi se oslobodio PF5 na visokoj temperaturi, i lako se oksiduje.
4 Skrivene opasnosti po bezbednost u procesu proizvodnje
Tokom procesa proizvodnje litijum-jonskih baterija, procesi kao što su proizvodnja elektroda i montaža baterije će uticati na bezbednost baterije. Kontrola kvaliteta različitih procesa kao što su mešanje pozitivnih i negativnih elektroda, premazivanje, valjanje, sečenje ili štancanje, sastavljanje, punjenje elektrolita, zaptivanje i formiranje sve utiču na performanse i bezbednost baterije. Ujednačenost suspenzije određuje ujednačenost distribucije aktivnog materijala na elektrodi, čime utiče na sigurnost baterije. Ako je finoća suspenzije prevelika, materijal negativne elektrode će pretrpeti relativno velike promene 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 zagrevanja premaza preniska ili je vreme sušenja nedovoljno, rastvarač će ostati, a vezivo će se delimično rastvoriti, uzrokujući da se neki aktivni materijali lako gule; previsoka temperatura može prouzrokovati karbonizaciju veziva, a aktivni materijali mogu otpasti i izazvati unutrašnje kratke spojeve u bateriji.
5 potencijalnih bezbednosnih opasnosti tokom upotrebe baterije
Litijum-jonske baterije treba da minimiziraju prekomerno punjenje ili prekomerno pražnjenje tokom upotrebe. Posebno za baterije sa visokim kapacitetom monomera, toplotni poremećaji mogu izazvati niz egzotermnih sporednih reakcija, što dovodi do bezbednosnih problema.
Tri indikatora bezbednosti litijum-jonske baterije
Nakon što je litijum-jonska baterija proizvedena, pre nego što stigne do potrošača, potrebna je serija testova kako bi se obezbedila sigurnost baterije što je više moguće i smanjile potencijalne opasnosti po bezbednost.
1. Test stiskanja: Postavite potpuno napunjenu bateriju na ravnu površinu, primenite pritisak od 13±1KN pomoću hidrauličnog cilindra i istisnite bateriju sa ravne površine čelične šipke prečnika 32mm. Kada pritisak stiskanja dostigne maksimalnu stopu Squeeze, baterija se ne zapali, samo nemojte' nemojte eksplodirati.
2. Test udarca: Nakon što je baterija potpuno napunjena, postavite je na ravnu površinu, postavite čelični stub prečnika 15,8 mm vertikalno u centar baterije i slobodno spustite teg od 9,1 kg sa visine od 610 mm na čelični stub iznad baterije. Baterija se ne zapali niti eksplodira.
3. Test prekomernog punjenja: U potpunosti napunite bateriju sa 1C i izvršite test prekomernog punjenja u skladu sa 3C prepunom od 10V. Kada se baterija prepuni, napon raste do određenog napona i stabilizuje se neko vreme. Kada se približi određenom vremenskom periodu, napon baterije brzo raste. Kada se dostigne određena granica, gornji poklopac baterije se povlači, 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, a temperatura površine baterije se testira. 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 pravcu čeličnom iglom prečnika 3 mm. Test baterija se ne zapali niti eksplodira.
6. Test temperaturnog ciklusa: Test temperaturnog ciklusa litijum-jonske baterije se koristi za simulaciju bezbednosti litijum-jonske baterije kada je više puta izložena niskoj temperaturi i okruženju visoke temperature tokom transporta ili skladištenja. Test je korišćenje brzih i ekstremnih temperaturnih promena. Nakon testa, uzorak ne bi trebalo da puca, eksplodira ili curi.
Četiri bezbednosna rešenja za litijum-jonske baterije
S obzirom na mnoge skrivene opasnosti po bezbednost litijum-jonskih baterija u materijalu, procesu proizvodnje i upotrebe, kako poboljšati delove koji su skloni bezbednosnim problemima je problem koji proizvođači litijum-jonskih baterija moraju da reše.
1 Poboljšajte sigurnost elektrolita
Postoji visoka reakciona aktivnost između elektrolita i pozitivne i negativne elektrode, posebno na visokim temperaturama. Da bi se poboljšala sigurnost baterije, poboljšanje sigurnosti elektrolita je jedna od efikasnijih metoda. Potencijalne opasnosti po bezbednost elektrolita mogu se efikasno rešiti dodavanjem funkcionalnih aditiva, upotrebom novih litijumovih soli i upotrebom novih rastvarača.
Prema različitim funkcijama aditiva, oni se mogu podeliti u sledeće kategorije: aditivi za bezbednost, aditivi za formiranje filma, aditivi za zaštitu pozitivnih elektroda, stabilizujući aditivi litijumove soli, aditivi koji podstiču taloženje litijuma, antikorozivni aditivi za strujni kolektor i aditivi za poboljšanje vlaženja .
Da bi poboljšali performanse komercijalnih litijumovih soli, istraživači su zamenili 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 povećana otpornost na vodu. , Je vrsta jedinjenja litijumove soli sa velikim izgledima za primenu. Pored toga, anjonska litijumova so dobijena heliranjem atoma bora sa ligandom kiseonika ima visoku termičku stabilnost.
Što se tiče rastvarača, mnogi istraživači su predložili niz novih organskih rastvarača, kao što su estri karboksilne kiseline i organski etri. Pored toga, jonske tečnosti takođe imaju klasu elektrolita visoke bezbednosti, ali relativno često korišćeni elektroliti na bazi karbonata. Viskoznost jonskih tečnosti je za redove veličine veća, a provodljivost i koeficijent samodifuzije jona su niski. Ima još mnogo posla pre praktičnosti. Урадити.
2 Poboljšajte bezbednost materijala elektroda
Litijum gvožđe fosfat i ternarni kompozitni materijali se smatraju jeftinim,"odlična sigurnost" katodni materijali i mogu biti popularizovani u industriji električnih vozila. Za materijal pozitivne elektrode, uobičajena metoda za poboljšanje njegove sigurnosti je modifikacija premaza. Na primer, površinski premaz materijala pozitivne elektrode metalnim oksidom može sprečiti direktan kontakt između materijala pozitivne elektrode i elektrolita, inhibirati promenu faze u materijalu pozitivne elektrode i poboljšati njegovu strukturnu stabilnost smanjuje poremećaj katjona u kristalnu rešetku za smanjenje stvaranja toplote sporednim reakcijama.
Za materijal negativne elektrode, pošto je površina često najsklonija termohemijskom raspadanju i stvaranju toplote u litijum-jonskoj bateriji, poboljšanje termičke stabilnosti SEI filma je ključna metoda za poboljšanje sigurnosti materijala negativne elektrode. Slabom oksidacijom, taloženjem metala i metalnih oksida, polimernim ili ugljeničnim premazom, može se poboljšati termička stabilnost materijala negativne elektrode.
3 Poboljšan dizajn zaštite baterije
Pored poboljšanja sigurnosti materijala za baterije, komercijalne litijum-jonske baterije usvajaju mnoge sigurnosne mere zaštite, kao što su podešavanje sigurnosnih ventila baterija, termičkih osigurača, povezivanje komponenti sa pozitivnim temperaturnim koeficijentima u seriju, korišćenje termički zatvorenih dijafragmi, punjenje namenskih zaštitnih kola, i namenski sistem upravljanja baterijama, itd., takođe je sredstvo za poboljšanje bezbednosti.
Dobavljač bezbednosnih rešenja sa pet litijum-jonskih baterija
Kako bezbednost litijum-jonskih baterija privlači sve više pažnje, mnoge kompanije su sprovele istraživanje i razvoj posebno za potencijalne bezbednosne opasnosti u litijum-jonskim baterijama i iznele efikasna rešenja za bezbednost baterija.
Kao najraniji istraživač tehnologije upozoravanja i bezbednosti na termičko odstupanje akumulatora u domaćinstvu i pionir specijalnog automatskog uređaja za gašenje požara u kutiji za baterije, Chuangwei New Energy je bio pionir"termičnog modela litijum-jonske baterije", koji unapređeno praćenje termičkog bekstva kutije za baterije i automatsko gašenje požara. Primena tehnologije velikih razmera.
& quot;Termalni odbegli model litijum-jonske baterije" je podeljen na tri dimenzije: vertikalnu, horizontalnu i vertikalnu. Vertikalni pravac je redundantnost podataka više senzora, to jest, višestruki setovi senzorskih podataka u istom okruženju su postavljeni da simuliraju krivu karakterizacije podataka različitih materijala i različitih okruženja; horizontalni pravac je kontinuirani vremenski algoritam za istorijske podatke senzora da eliminiše šum. Interferencija efikasno rešava probleme lažnih alarma, lažnih alarma i kašnjenja ranog upozorenja u metodu praga; vertikalna punkcija, tupi zaostatak igle i druge metode se koriste za simulaciju procesa termičkog bežanja različitih tipova baterija za napajanje.
Kroz trodimenzionalnu fuziju, matematičke metode, zasnovane na velikom broju eksperimenata i stvarnih operativnih podataka, sumira se unutrašnji odnos između različitih varijabli izazvanih 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 trajanju baterije.
Veliki broj primera ranog upozoravanja koji su se desili u stvarnom radu vozila dokazali su efikasnost i napredak ovog modela, čineći ga osnovnom tehnologijom aktuelnog termičkog upozorenja o bekstvu baterije i automatskog gašenja požara.
Shenzhen Benwei baterija je visokotehnološko preduzeće specijalizovano za R&D, proizvodnju i prodaju litijum-jonskih baterija. Njegove oblasti primene 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 primenjuju najnovija tehnološka dostignuća i koncepte na čitav niz proizvoda razvojni procesi. Proizvodna radionica je opremljena naprednom proizvodnom opremom i prvoklasnim instrumentima za testiranje. Istovremeno, ima grupu profesionalnih timova za proizvodnju i upravljanje kvalitetom, striktno svaki korak proizvodne veze, i kroz kontinuiranu optimizaciju i poboljšanje procesa kako bi se osigurala sigurnost baterije.
