Keselamatan dan penyelesaian bateri litium
Dengan popularisasi telefon mudah alih, produk digital dan kenderaan elektrik, bateri litium-ion memainkan peranan yang semakin penting dalam kehidupan orang' Masalah penggunaan seperti ketumpatan tenaga yang rendah dan hayat kitaran terhad sering dikritik. Walau bagaimanapun, berbanding dengan masalah ini, keselamatan bateri litium menjadi tumpuan perhatian.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kemalangan yang disebabkan oleh isu keselamatan bateri berleluasa, dan akibat daripada banyak masalah adalah mengejutkan, seperti insiden kebakaran pada bateri litium Boeing 787 Dreamliner yang mengejutkan industri, dan kejadian kebakaran dan letupan bateri berskala besar. pada Samsung Galaxy Note 7. Keselamatan bateri litium-ion sekali lagi membunyikan penggera.
Komposisi dan prinsip kerja bateri litium-ion
Bateri litium-ion terutamanya terdiri daripada elektrod positif, elektrod negatif, elektrolit, pemisah, sambungan luaran dan komponen pembungkusan. Antaranya, elektrod positif dan elektrod negatif mengandungi bahan elektrod aktif, agen pengalir, pengikat, dan lain-lain, yang disalut secara seragam pada kerajang kuprum dan pengumpul arus kerajang aluminium.
Potensi elektrod positif bateri litium-ion adalah agak tinggi, selalunya oksida logam peralihan litium-interkalasi, atau sebatian polianionik, seperti litium kobaltat, litium manganat, ternary, litium besi fosfat, dll.; bahan negatif bateri lithium-ion biasanya bahan karbon , Seperti grafit dan karbon bukan grafit; elektrolit bateri ion litium terutamanya larutan bukan akueus, terdiri daripada pelarut campuran organik dan garam litium, pelarut kebanyakannya pelarut organik seperti asid karbonik, dan garam litium kebanyakannya adalah garam litium polianionik monovalen, seperti Litium heksafluorofosfat, dll.; pemisah bateri ion litium kebanyakannya polietilena dan membran mikroporous polipropilena, yang mengasingkan bahan positif dan negatif, menghalang litar pintas yang disebabkan oleh laluan elektron, dan membenarkan ion dalam elektrolit melaluinya.
Semasa proses pengecasan, di dalam bateri, litium diekstrak daripada elektrod positif dalam bentuk ion, diangkut oleh elektrolit melalui diafragma, dan tertanam dalam elektrod negatif; di luar bateri, elektron berhijrah dari litar luar ke elektrod negatif. Dalam proses nyahcas: ion litium di dalam bateri diekstrak daripada elektrod negatif, melalui diafragma, dan tertanam dalam elektrod positif; di luar bateri, elektron berhijrah dari litar luar ke elektrod positif. Dengan pengecasan dan nyahcas, ia adalah"lithium ion" yang berhijrah antara bateri dan bukannya unsur"lithium", jadi bateri dipanggil"bateri ion litium".
Kedua, bahaya keselamatan bateri litium-ion
Secara umumnya, masalah keselamatan bateri litium-ion menunjukkan diri mereka sebagai terbakar atau bahkan letupan. Punca masalah ini adalah pelarian haba di dalam bateri. Selain itu, beberapa faktor luaran, seperti caj berlebihan, kebakaran, picitan, tusukan dan litar pintas Isu lain juga boleh membawa kepada isu keselamatan. Bateri litium-ion akan menjana haba semasa mengecas dan menyahcas. Jika haba yang dihasilkan melebihi kapasiti pelesapan haba bateri, bateri litium-ion akan menjadi terlalu panas, dan bahan bateri akan menguraikan filem SEI, penguraian elektrolit, penguraian elektrod positif, elektrod negatif dan Tindak balas sampingan yang merosakkan seperti tindak balas elektrolit dan tindak balas elektrod negatif dan pengikat.
1 Bahaya keselamatan bahan katod
Apabila bateri litium-ion digunakan secara tidak wajar, suhu dalaman bateri akan meningkat, dan bahan aktif bahan elektrod positif akan terurai dan elektrolit akan teroksida. Pada masa yang sama, kedua-dua tindak balas ini boleh menghasilkan banyak haba, menyebabkan suhu bateri meningkat lagi. Keadaan delithiasi yang berbeza mempunyai kesan yang sangat berbeza pada transformasi kekisi bahan aktif, suhu penguraian dan kestabilan haba bateri.
2 Bahaya keselamatan bahan anod
Bahan elektrod negatif yang digunakan pada hari-hari awal adalah litium logam, dan bateri yang dipasang terdedah untuk menghasilkan dendrit litium selepas pengecasan dan nyahcas berulang, yang kemudiannya akan menembusi diafragma, menyebabkan bateri litar pintas, bocor dan juga meletup. Sebatian interkalasi litium boleh mengelakkan penjanaan dendrit litium dengan berkesan dan meningkatkan keselamatan bateri litium-ion dengan sangat baik. Apabila suhu meningkat, elektrod negatif karbon dalam keadaan interkalasi litium mula-mula bertindak balas secara eksotermik dengan elektrolit. Di bawah keadaan pengecasan dan nyahcas yang sama, kadar pelepasan haba tindak balas antara elektrolit dan grafit tiruan berselang litium adalah jauh lebih besar daripada tindak balas dengan mikrosfera karbon mesophase berselang litium, gentian karbon, kok, dsb.
3 Bahaya keselamatan diafragma dan elektrolit
Elektrolit bateri ion litium ialah larutan campuran garam litium dan pelarut organik. Garam litium komersial ialah litium heksafluorofosfat. Kestabilan haba elektrolit. Pelarut organik elektrolit adalah karbonat, yang mempunyai takat didih dan takat kilat yang rendah, dan mudah bertindak balas dengan garam litium untuk membebaskan PF5 pada suhu tinggi, dan mudah untuk teroksida.
4 Bahaya keselamatan tersembunyi dalam proses pembuatan
Semasa proses pembuatan bateri litium-ion, proses seperti pembuatan elektrod dan pemasangan bateri akan memberi kesan kepada keselamatan bateri. Kawalan kualiti pelbagai proses seperti pencampuran elektrod positif dan negatif, salutan, penggulungan, pemotongan atau tebukan, pemasangan, pengisian elektrolit, pengedap dan pembentukan semuanya menjejaskan prestasi dan keselamatan bateri. Keseragaman buburan menentukan keseragaman pengedaran bahan aktif pada elektrod, dengan itu menjejaskan keselamatan bateri. Jika kehalusan buburan terlalu besar, bahan elektrod negatif akan mengalami perubahan yang agak besar semasa pengecasan dan nyahcas, dan pemendakan litium logam mungkin berlaku; jika kehalusan buburan terlalu kecil, rintangan dalaman bateri akan menjadi terlalu besar. Jika suhu pemanasan salutan terlalu rendah atau masa pengeringan tidak mencukupi, pelarut akan kekal, dan pengikat akan dibubarkan sebahagiannya, menyebabkan beberapa bahan aktif mudah dikupas; suhu terlalu tinggi boleh menyebabkan pengikat menjadi berkarbonat, dan bahan aktif boleh jatuh dan menyebabkan litar pintas dalaman dalam bateri.
5 potensi bahaya keselamatan semasa penggunaan bateri
Bateri litium-ion harus meminimumkan pengecasan berlebihan atau lebihan nyahcas semasa digunakan. Terutamanya untuk bateri dengan kapasiti monomer yang tinggi, gangguan haba boleh menyebabkan satu siri tindak balas sampingan eksotermik, yang membawa kepada isu keselamatan.
Tiga penunjuk ujian keselamatan bateri lithium-ion
Selepas bateri litium-ion dihasilkan, sebelum ia sampai kepada pengguna, satu siri ujian diperlukan untuk memastikan keselamatan bateri sebanyak mungkin dan mengurangkan potensi bahaya keselamatan.
1. Ujian picit: Letakkan bateri yang dicas penuh pada permukaan rata, gunakan tekanan 13±1KN oleh silinder hidraulik, dan picit bateri dari permukaan rata rod keluli dengan diameter 32mm. Setelah tekanan picit mencapai hentian maksimum Picit, bateri tidak terbakar, cuma jangan't meletup.
2. Ujian kesan: Selepas bateri dicas sepenuhnya, letakkannya di atas permukaan rata, letakkan lajur keluli dengan diameter 15.8mm secara menegak di tengah bateri, dan turunkan berat 9.1kg secara bebas dari ketinggian 610mm ke atas. lajur keluli di atas bateri. Bateri tidak terbakar atau meletup.
3. Ujian overcharge: Cas bateri sepenuhnya dengan 1C, dan lakukan ujian overcharge mengikut 3C overcharge 10V. Apabila bateri dicas berlebihan, voltan meningkat kepada voltan tertentu dan menstabilkan untuk satu tempoh masa. Apabila ia hampir dengan tempoh masa tertentu, voltan bateri meningkat dengan cepat. Apabila had tertentu dicapai, penutup atas bateri dicabut, voltan turun kepada 0V, dan bateri tidak terbakar atau meletup.
4. Ujian litar pintas: Selepas bateri dicas sepenuhnya, elektrod positif dan negatif bateri dilitar pintas dengan wayar dengan rintangan tidak lebih daripada 50mΩ, dan suhu permukaan bateri diuji. Suhu maksimum permukaan bateri ialah 140 ℃. Penutup bateri dibuka, dan bateri tidak terbakar atau meletup. .
5. Ujian akupunktur: Letakkan bateri yang dicas penuh pada permukaan rata, dan tebuk bateri ke arah jejari dengan jarum keluli dengan diameter 3mm. Bateri ujian tidak terbakar atau meletup.
6. Ujian kitaran suhu: Ujian kitaran suhu bateri ion litium digunakan untuk mensimulasikan keselamatan bateri ion litium apabila ia berulang kali terdedah kepada suhu rendah dan persekitaran suhu tinggi semasa pengangkutan atau penyimpanan. Ujian ini adalah untuk menggunakan suhu yang cepat dan melampau Perubahan dibuat. Selepas ujian, sampel tidak boleh menyala, meletup, atau bocor.
Empat penyelesaian keselamatan bateri lithium-ion
Memandangkan banyak bahaya keselamatan tersembunyi bateri litium-ion dalam bahan, proses pembuatan dan penggunaan, cara memperbaiki bahagian yang terdedah kepada masalah keselamatan adalah masalah yang perlu diselesaikan oleh pengeluar bateri litium-ion.
1 Meningkatkan keselamatan elektrolit
Terdapat aktiviti tindak balas yang tinggi antara elektrolit dan elektrod positif dan negatif, terutamanya pada suhu tinggi. Untuk meningkatkan keselamatan bateri, meningkatkan keselamatan elektrolit adalah salah satu kaedah yang lebih berkesan. Potensi bahaya keselamatan elektrolit boleh diselesaikan dengan berkesan dengan menambahkan bahan tambahan berfungsi, menggunakan garam litium baharu dan menggunakan pelarut baharu.
Mengikut fungsi aditif yang berbeza, ia boleh dibahagikan kepada kategori berikut: aditif perlindungan keselamatan, aditif pembentuk filem, aditif perlindungan elektrod positif, aditif garam litium menstabilkan, aditif menggalakkan pemendakan litium, aditif anticorrosive pengumpul semasa, dan aditif meningkatkan kebolehbasahan. .
Untuk meningkatkan prestasi garam litium komersial, penyelidik telah menggantikan atom padanya dan memperoleh banyak derivatif. Antaranya, sebatian yang diperoleh dengan menggantikan atom dengan kumpulan perfluoroalkil mempunyai banyak kelebihan seperti takat kilat yang tinggi, kekonduksian yang serupa, dan rintangan air yang dipertingkatkan. , Adalah sejenis sebatian garam litium dengan prospek aplikasi yang hebat. Di samping itu, garam litium anionik yang diperoleh dengan mengelat atom boron dengan ligan oksigen mempunyai kestabilan haba yang tinggi.
Mengenai pelarut, ramai penyelidik telah mencadangkan satu siri pelarut organik baharu, seperti ester asid karboksilik dan eter organik. Selain itu, cecair ionik juga mempunyai kelas elektrolit dengan keselamatan yang tinggi, tetapi elektrolit berasaskan karbonat yang agak biasa digunakan. Kelikatan cecair ionik adalah tertib magnitud yang lebih tinggi, dan kekonduksian dan pekali resapan sendiri ion adalah rendah. Masih banyak kerja sebelum praktikal. untuk melakukan.
2 Meningkatkan keselamatan bahan elektrod
Litium besi fosfat dan bahan komposit ternari dianggap sebagai kos rendah,"keselamatan yang sangat baik" bahan katod, dan mungkin dipopularkan dalam industri kenderaan elektrik. Untuk bahan elektrod positif, kaedah biasa untuk meningkatkan keselamatannya ialah pengubahsuaian salutan. Sebagai contoh, salutan permukaan bahan elektrod positif dengan oksida logam boleh menghalang sentuhan langsung antara bahan elektrod positif dan elektrolit, menghalang perubahan fasa bahan elektrod positif, dan meningkatkan kestabilan strukturnya mengurangkan gangguan kation dalam kekisi kristal untuk mengurangkan penjanaan haba dengan tindak balas sampingan.
Untuk bahan elektrod negatif, kerana permukaan selalunya paling terdedah kepada penguraian termokimia dan penjanaan haba dalam bateri ion litium, meningkatkan kestabilan haba filem SEI adalah kaedah utama untuk meningkatkan keselamatan bahan elektrod negatif. Melalui pengoksidaan yang lemah, pemendapan logam dan logam oksida, polimer atau salutan karbon, kestabilan terma bahan elektrod negatif boleh dipertingkatkan.
3 Reka bentuk perlindungan keselamatan bateri yang dipertingkatkan
Di samping meningkatkan keselamatan bahan bateri, bateri litium-ion komersial menggunakan banyak langkah perlindungan keselamatan, seperti menetapkan injap keselamatan bateri, fius haba, komponen penyambung dengan pekali suhu positif secara bersiri, menggunakan diafragma yang dimeterai secara terma, memuatkan litar perlindungan khusus, dan Sistem pengurusan bateri khusus, dsb., juga merupakan satu cara untuk meningkatkan keselamatan.
Penyedia penyelesaian keselamatan bateri litium-ion lima
Memandangkan keselamatan bateri litium-ion telah menarik lebih banyak perhatian, banyak syarikat telah menjalankan penyelidikan dan pembangunan khusus untuk potensi bahaya keselamatan dalam bateri litium-ion, dan mengemukakan penyelesaian keselamatan bateri yang berkesan.
Sebagai penyelidik terawal amaran lari terma bateri kuasa domestik dan teknologi keselamatan serta perintis peranti pemadam api automatik khas kotak bateri, Chuangwei New Energy mempelopori model lari terma bateri lithium-ion"", yang pemantauan lari terma kotak bateri digalakkan dan pemadam api automatik. Aplikasi teknologi berskala besar.
Model lari terma"Bateri litium-ion" dibahagikan kepada tiga dimensi: menegak, mendatar dan menegak. Arah menegak ialah redundansi data berbilang penderia, iaitu berbilang set data penderia di bawah persekitaran yang sama dipasang untuk mensimulasikan lengkung pencirian data bagi bahan yang berbeza dan persekitaran yang berbeza; arah mendatar ialah algoritma masa berterusan untuk data sejarah sensor untuk menghapuskan gangguan hingar secara berkesan menyelesaikan masalah penggera palsu, penggera palsu, dan ketinggalan amaran awal dalam kaedah ambang; tusukan menegak, tunggakan jarum tumpul dan kaedah lain digunakan untuk mensimulasikan proses pelarian haba pelbagai jenis bateri kuasa.
Melalui gabungan tiga dimensi, kaedah matematik, berdasarkan sejumlah besar eksperimen dan data operasi sebenar, hubungan dalaman antara pelbagai pembolehubah yang disebabkan oleh pelarian haba diringkaskan, dan prinsip neurologi digunakan untuk membentuk yang sangat awal, sangat dipercayai, dan diri -mengendalikan"ion litium" Model pelarian haba bateri" menyedari amaran awal dan kawalan pintar bahaya tersembunyi dalam hayat bateri.
Sebilangan besar contoh amaran awal berlaku dalam operasi kenderaan sebenar membuktikan keberkesanan dan kemajuan model ini, menjadikannya teknologi teras amaran lari terma kotak bateri semasa dan pemadam kebakaran automatik.
Bateri Shenzhen Benwei ialah perusahaan berteknologi tinggi yang mengkhusus dalam R&D, pengeluaran dan penjualan bateri litium-ion. Kawasan aplikasi produknya meliputi: bateri litium kenderaan elektrik, bateri kuasa litium, bateri litium simpanan tenaga, dll. Syarikat dan pengeluar sel bateri mengekalkan kestabilan jangka panjang Hubungan kerjasama, dan menggunakan pencapaian dan konsep teknologi terkini pada keseluruhan siri produk proses pembangunan. Bengkel pembuatan dilengkapi dengan peralatan pengeluaran termaju dan instrumen ujian kelas pertama. Pada masa yang sama, ia mempunyai sekumpulan pengeluaran profesional dan pasukan pengurusan kualiti, dengan tegas setiap langkah pautan pengeluaran, dan melalui pengoptimuman dan penambahbaikan berterusan dalam proses untuk memastikan keselamatan bateri.
