La seguretat i la solució de la bateria de liti
Amb la popularització dels telèfons mòbils, els productes digitals i els vehicles elèctrics, les bateries d'ions de liti estan jugant un paper cada cop més important en la vida de les persones'. Sovint es critiquen problemes d'ús com la baixa densitat d'energia i el cicle de vida limitat. Tanmateix, en comparació amb aquests problemes, la seguretat de les bateries de liti és el focus d'atenció.
En els darrers anys, abunden els accidents causats per problemes de seguretat de la bateria, i les conseqüències de molts problemes són impactants, com l'incident d'incendi a la bateria de liti del Boeing 787 Dreamliner que va impactar la indústria i l'incident d'incendi i explosió de bateria a gran escala. al Samsung Galaxy Note 7. La seguretat de les bateries d'ions de liti va tornar a sonar l'alarma.
La composició i el principi de funcionament d'una bateria d'ions de liti
Les bateries d'ió de liti es componen principalment d'elèctrode positiu, elèctrode negatiu, electròlit, separador, connexió externa i components d'embalatge. Entre ells, l'elèctrode positiu i l'elèctrode negatiu contenen materials d'elèctrode actius, agents conductors, aglutinants, etc., que estan recoberts uniformement a la làmina de coure i als col·lectors de corrent de paper d'alumini.
El potencial d'elèctrode positiu de les bateries d'ions de liti és relativament alt, sovint òxids de metalls de transició intercalats amb liti o compostos polianiònics, com ara cobaltat de liti, manganat de liti, ternari, fosfat de ferro de liti, etc.; Els materials negatius de la bateria d'ions de liti solen ser materials de carboni, com ara el grafit i el carboni no grafit; L'electròlit de la bateria d'ions de liti és principalment una solució no aquosa, composta de dissolvent orgànic mixt i sal de liti, el dissolvent és majoritàriament dissolvent orgànic com l'àcid carbònic i la sal de liti és principalment sal de liti polianiònica monovalent, com hexafluorofosfat de liti, etc.; Els separadors de bateries d'ions de liti són majoritàriament membranes microporoses de polietilè i polipropilè, que aïllen els materials positius i negatius, eviten els curtcircuits causats pel pas dels electrons i permeten que els ions de l'electròlit passin.
Durant el procés de càrrega, dins de la bateria, el liti s'extreu de l'elèctrode positiu en forma d'ions, transportat per l'electròlit a través del diafragma i incrustat a l'elèctrode negatiu; fora de la bateria, els electrons migren del circuit extern a l'elèctrode negatiu. En el procés de descàrrega: els ions de liti dins de la bateria s'extreuen de l'elèctrode negatiu, passen pel diafragma i s'incorporen a l'elèctrode positiu; fora de la bateria, els electrons migren del circuit extern a l'elèctrode positiu. Amb la càrrega i descàrrega, és"ions de liti" que migra entre les bateries en lloc de l'element"liti ", de manera que la bateria s'anomena"bateria d'ions de liti ".
En segon lloc, els perills de seguretat de les bateries d'ions de liti
En termes generals, els problemes de seguretat de les bateries d'ions de liti es manifesten com a cremades o fins i tot explosions. La causa principal d'aquests problemes és la fuga tèrmica dins de la bateria. A més, alguns factors externs, com ara la sobrecàrrega, el foc, la compressió, la punxada i el curtcircuit. Altres problemes també poden provocar problemes de seguretat. Les bateries d'ió de liti generaran calor durant la càrrega i la descàrrega. Si la calor generada supera la capacitat de dissipació de calor de la bateria, la bateria d'ió de liti es sobreescalfarà i el material de la bateria descompondrà la pel·lícula SEI, la descomposició d'electròlits, la descomposició de l'elèctrode positiu, l'elèctrode negatiu i les reaccions secundaries destructives, com ara la reacció de l'electròlit i la reacció de l'elèctrode negatiu i l'aglutinant.
1 Els perills de seguretat dels materials càtodics
Quan la bateria d'ió de liti s'utilitza incorrectament, la temperatura interna de la bateria augmentarà i el material actiu del material de l'elèctrode positiu es descompondrà i l'electròlit s'oxidarà. Al mateix temps, aquestes dues reaccions poden generar molta calor, fent que la temperatura de la bateria augmenti encara més. Els diferents estats de delitiació tenen efectes molt diferents sobre la transformació de la gelosia del material actiu, la temperatura de descomposició i l'estabilitat tèrmica de la bateria.
2 Els perills de seguretat dels materials d'ànode
El material d'elèctrode negatiu utilitzat en els primers dies era liti metàl·lic, i la bateria muntada era propensa a produir dendrites de liti després de carregar-se i descarregar-se repetidament, que després perforarien el diafragma, provocant un curtcircuit, filtració i fins i tot una explosió de la bateria. Els compostos d'intercalació de liti poden evitar eficaçment la generació de dendrites de liti i millorar considerablement la seguretat de les bateries d'ions de liti. A mesura que augmenta la temperatura, l'elèctrode de carboni negatiu en estat d'intercalació de liti primer reacciona exotèrmicament amb l'electròlit. En les mateixes condicions de càrrega i descàrrega, la velocitat d'alliberament de calor de la reacció entre l'electròlit i el grafit artificial intercalat amb liti és molt més gran que la de la reacció amb microesferes de carboni mesofase intercalades amb liti, fibres de carboni, coc, etc.
3 Els perills de seguretat del diafragma i l'electròlit
L'electròlit de la bateria d'ions de liti és una solució mixta de sal de liti i dissolvent orgànic. La sal de liti comercial és l'hexafluorofosfat de liti. L'estabilitat tèrmica de l'electròlit. El dissolvent orgànic de l'electròlit és el carbonat, que té un punt d'ebullició i un punt d'inflamació baix, i és fàcil de reaccionar amb la sal de liti per alliberar PF5 a alta temperatura i és fàcil d'oxidar.
4 Riscos de seguretat ocults en el procés de fabricació
Durant el procés de fabricació de bateries d'ions de liti, processos com la fabricació d'elèctrodes i el muntatge de bateries tindran un impacte en la seguretat de la bateria. El control de qualitat de diversos processos, com ara la mescla d'elèctrodes positius i negatius, el recobriment, el rodatge, el tall o el punxonat, el muntatge, l'ompliment d'electròlits, el segellat i la formació, afecten el rendiment i la seguretat de la bateria. La uniformitat de la purina determina la uniformitat de la distribució del material actiu a l'elèctrode, afectant així la seguretat de la bateria. Si la finesa de la purín és massa gran, el material de l'elèctrode negatiu experimentarà canvis relativament grans durant la càrrega i la descàrrega, i es pot produir la precipitació de liti metàl·lic; si la finesa de la pasta és massa petita, la resistència interna de la bateria serà massa gran. Si la temperatura d'escalfament del recobriment és massa baixa o el temps d'assecat és insuficient, el dissolvent es mantindrà i l'aglutinant es dissolrà parcialment, fent que alguns materials actius es pelin fàcilment; una temperatura massa alta pot provocar que l'aglutinant es carbonitzi i els materials actius poden caure i provocar curtcircuits interns a la bateria.
5 perills potencials de seguretat durant l'ús de la bateria
Les bateries d'ió de liti han de minimitzar la sobrecàrrega o la sobredescàrrega durant l'ús. Especialment per a bateries amb una gran capacitat de monòmers, les pertorbacions tèrmiques poden provocar una sèrie de reaccions secundaries exotèrmiques, que poden provocar problemes de seguretat.
Tres indicadors de prova de seguretat de la bateria d'ions de liti
Després de produir la bateria d'ions de liti, abans que arribi al consumidor, calen una sèrie de proves per garantir la seguretat de la bateria tant com sigui possible i reduir els possibles perills de seguretat.
1. Prova de compressió: poseu la bateria completament carregada sobre una superfície plana, apliqueu una pressió de 13±1KN mitjançant un cilindre hidràulic i premeu la bateria des de la superfície plana d'una vareta d'acer amb un diàmetre de 32 mm. Una vegada que la pressió de compressió arriba a la parada màxima Squeeze, la bateria no s'encén, només no'no exploti.
2. Prova d'impacte: després que la bateria estigui completament carregada, col·loqueu-la sobre una superfície plana, col·loqueu una columna d'acer amb un diàmetre de 15,8 mm verticalment al centre de la bateria i deixeu caure un pes de 9,1 kg lliurement des d'una alçada de 610 mm. la columna d'acer sobre la bateria. La bateria no s'encén ni explota.
3. Prova de sobrecàrrega: Carregueu completament la bateria amb 1C i realitzeu una prova de sobrecàrrega segons la sobrecàrrega de 3C 10V. Quan la bateria es sobrecarrega, la tensió puja a un cert voltatge i s'estabilitza durant un període de temps. Quan s'acosta a un cert període de temps, la tensió de la bateria augmenta ràpidament. Quan s'arriba a un cert límit, es treu la tapa superior de la bateria, la tensió baixa a 0 V i la bateria no s'encén ni explota.
4. Prova de curtcircuit: després que la bateria estigui completament carregada, els elèctrodes positius i negatius de la bateria es curtcircuiten amb un cable amb una resistència de no més de 50 mΩ i es prova la temperatura superficial de la bateria. La temperatura màxima de la superfície de la bateria és de 140 ℃. La tapa de la bateria està oberta i la bateria no s'encén ni explota. .
5. Prova d'acupuntura: Col·loqueu la bateria completament carregada sobre una superfície plana i perforau la bateria en direcció radial amb una agulla d'acer amb un diàmetre de 3 mm. La bateria de prova no s'encén ni explota.
6. Prova de cicle de temperatura: la prova de cicle de temperatura de la bateria d'ions de liti s'utilitza per simular la seguretat de la bateria d'ions de liti quan s'exposa repetidament a un ambient de baixa temperatura i alta temperatura durant el transport o l'emmagatzematge. La prova consisteix a utilitzar temperatures ràpides i extremes. Es fan canvis de temperatura. Després de la prova, la mostra no hauria de disparar, explotar o filtrar.
Quatre solucions de seguretat de bateries d'ions de liti
Tenint en compte els molts perills de seguretat ocults de les bateries d'ions de liti en el procés de material, fabricació i ús, com millorar les peces que són propenses a problemes de seguretat és un problema que els fabricants de bateries d'ions de liti han de resoldre.
1 Millorar la seguretat de l'electròlit
Hi ha una alta activitat de reacció entre l'electròlit i els elèctrodes positius i negatius, especialment a altes temperatures. Per tal de millorar la seguretat de la bateria, millorar la seguretat de l'electròlit és un dels mètodes més efectius. Els perills potencials de seguretat dels electròlits es poden resoldre de manera eficaç afegint additius funcionals, utilitzant noves sals de liti i utilitzant nous dissolvents.
Segons les diferents funcions dels additius, es poden dividir en les següents categories: additius de protecció de seguretat, additius pel·lícules, additius de protecció d'elèctrodes positius, additius estabilitzadors de sal de liti, additius que promouen la precipitació de liti, additius anticorrosius del col·lector actual i additius que milloren la humectabilitat. .
Per tal de millorar el rendiment de les sals de liti comercials, els investigadors hi han substituït àtoms i han obtingut molts derivats. Entre ells, els compostos obtinguts substituint àtoms per grups perfluoroalquil tenen molts avantatges, com ara un punt d'inflamació elevat, una conductivitat similar i una resistència a l'aigua millorada. , És una espècie de compost de sal de liti amb grans perspectives d'aplicació. A més, la sal de liti aniònica obtinguda mitjançant la quelació de l'àtom de bor amb el lligand d'oxigen té una alta estabilitat tèrmica.
Pel que fa als dissolvents, molts investigadors han proposat una sèrie de nous dissolvents orgànics, com els èsters d'àcids carboxílics i els èters orgànics. A més, els líquids iònics també tenen una classe d'electròlits amb alta seguretat, però electròlits basats en carbonats d'ús relativament habitual. La viscositat dels líquids iònics és ordres de magnitud més alta i la conductivitat i el coeficient d'autodifusió d'ions són baixos. Encara queda molta feina abans de la pràctica. Fer.
2 Millorar la seguretat dels materials dels elèctrodes
El fosfat de ferro de liti i els materials compostos ternaris es consideren de baix cost,"excel·lent seguretat" materials de càtode, i es pot popularitzar a la indústria del vehicle elèctric. Per al material d'elèctrode positiu, el mètode comú per millorar la seva seguretat és la modificació del recobriment. Per exemple, el recobriment superficial del material de l'elèctrode positiu amb un òxid metàl·lic pot evitar el contacte directe entre el material de l'elèctrode positiu i l'electròlit, inhibir el canvi de fase del material de l'elèctrode positiu i millorar la seva estabilitat estructural redueix el desordre dels cations en la xarxa cristal·lina per reduir la generació de calor per reaccions laterals.
Per al material de l'elèctrode negatiu, com que la superfície és sovint la més propensa a la descomposició termoquímica i la generació de calor a la bateria d'ions de liti, la millora de l'estabilitat tèrmica de la pel·lícula SEI és un mètode clau per millorar la seguretat del material de l'elèctrode negatiu. Mitjançant l'oxidació feble, la deposició de metalls i òxids metàl·lics, el recobriment de polímer o de carboni, es pot millorar l'estabilitat tèrmica del material de l'elèctrode negatiu.
3 Disseny de protecció de seguretat de la bateria millorat
A més de millorar la seguretat dels materials de la bateria, les bateries comercials d'ió de liti adopten moltes mesures de protecció de seguretat, com ara la configuració de vàlvules de seguretat de la bateria, fusibles tèrmics, connectar components amb coeficients de temperatura positius en sèrie, utilitzar diafragmes segellats tèrmicament, carregar circuits de protecció dedicats, i el sistema dedicat de gestió de la bateria, etc., també és un mitjà per millorar la seguretat.
Proveïdor de cinc solucions de seguretat de bateries d'ions de liti
Com que la seguretat de les bateries d'ions de liti ha cridat més i més l'atenció, moltes empreses han dut a terme investigacions i desenvolupaments específicament per als possibles perills de seguretat de les bateries d'ions de liti i han proposat solucions efectives de seguretat de les bateries.
Com a primer investigador de la tecnologia d'avís i seguretat tèrmica de la bateria d'energia domèstica i el pioner del dispositiu especial d'extinció automàtica d'incendis de la caixa de la bateria, Chuangwei New Energy va ser pioner en el"model tèrmic de la bateria d'ions de liti", que va promoure la vigilància tèrmica de la caixa de la bateria i l'extinció automàtica d'incendis. Aplicació de la tecnologia a gran escala.
El"Model de fuga tèrmica de la bateria d'ions de liti" es divideix en tres dimensions: vertical, horitzontal i vertical. La direcció vertical és la redundància de dades de diversos sensors, és a dir, s'instal·len diversos conjunts de dades del sensor sota el mateix entorn per simular la corba de caracterització de dades de diferents materials i entorns diferents; la direcció horitzontal és l'algoritme de temps continu per a les dades històriques del sensor per eliminar el soroll. La interferència resol eficaçment els problemes de falses alarmes, falses alarmes i retard d'alerta primerenca en el mètode de llindar; Per simular el procés de fuga tèrmica de diferents tipus de bateries d'energia s'utilitzen punxades verticals, acumulació d'agulles contundents i altres mètodes.
Mitjançant la fusió tridimensional, els mètodes matemàtics, basats en un gran nombre d'experiments i dades operatives reals, es resumeix la relació interna entre diverses variables causades per la fugida tèrmica i s'utilitzen principis neurològics per formar un sistema extremadament primerenc, altament fiable i propi. -operativa"ions de liti" Model de fuga tèrmica de la bateria" s'adona d'alerta primerenca i control intel·ligent dels perills ocults en la durada de la bateria.
Un gran nombre d'exemples d'alerta primerenca que es van produir en el funcionament real del vehicle van demostrar l'eficàcia i l'avenç d'aquest model, convertint-lo en la tecnologia bàsica de l'avís de fuga tèrmica actual de la caixa de la bateria i l'extinció automàtica d'incendis.
La bateria Shenzhen Benwei és una empresa d'alta tecnologia especialitzada en R& D, producció i venda de bateries d'ió de liti. Les seves àrees d'aplicació del producte cobreixen: bateries de liti de vehicles elèctrics, bateries de liti, bateries de liti d'emmagatzematge d'energia, etc. L'empresa i els fabricants de cèl·lules de bateries mantenen una estabilitat a llarg termini. processos de desenvolupament. El taller de fabricació està equipat amb equips de producció avançats i instruments de prova de primera classe. Al mateix temps, compta amb un grup d'equips professionals de gestió de producció i qualitat, estrictament cada pas de l'enllaç de producció i mitjançant l'optimització i la millora contínua del procés per garantir la seguretat de la bateria.
