A lítium akkumulátor biztonsága és megoldása
A mobiltelefonok, a digitális termékek és az elektromos járművek népszerűsödésével a lítium-ion akkumulátorok egyre fontosabb szerepet játszanak az emberek életében' Gyakran kritizálják az olyan használati problémákat, mint az alacsony energiasűrűség és a korlátozott ciklusélettartam. Ezekkel a problémákkal összehasonlítva azonban a lítium akkumulátorok biztonsága a figyelem középpontjában áll.
Az elmúlt években megszaporodtak az akkumulátorbiztonsági problémák okozta balesetek, és sok probléma következményei megdöbbentőek, mint például a Boeing 787 Dreamliner lítium akkumulátorának az ipart megrázó tűzesemény, valamint a nagyszabású akkumulátortűz és -robbanás. a Samsung Galaxy Note 7-en. A lítium-ion akkumulátorok biztonsága ismét megkongatta a vészharangot.
A lítium-ion akkumulátor összetétele és működési elve
A lítium-ion akkumulátorok főként pozitív elektródákból, negatív elektródákból, elektrolitokból, szeparátorokból, külső csatlakozókból és csomagolóelemekből állnak. Közülük a pozitív elektróda és a negatív elektróda aktív elektróda anyagokat, vezető anyagokat, kötőanyagokat stb. tartalmaz, amelyek egyenletesen vannak bevonva a rézfólia és az alumíniumfólia áramkollektorokon.
A lítium-ion akkumulátorok pozitív elektródpotenciálja viszonylag magas, gyakran lítiummal interkalált átmenetifém-oxidok vagy polianionos vegyületek, például lítium-kobaltát, lítium-manganát, háromkomponensű, lítium-vas-foszfát stb.; A lítium-ion akkumulátor negatív anyagok általában szén anyagok, mint például a grafit és a nem grafitizált szén; A lítium-ion akkumulátor elektrolit főleg nem vizes oldat, amely szerves oldószerből és lítium sóból áll, az oldószer többnyire szerves oldószer, például szénsav, és a lítium só többnyire egyértékű polianionos lítium só, például lítium-hexafluorofoszfát stb.; A lítium-ion akkumulátor-leválasztók többnyire polietilén és polipropilén mikroporózus membránok, amelyek elszigetelik a pozitív és negatív anyagokat, megakadályozzák az elektronok áthaladása által okozott rövidzárlatokat, és átengedik az elektrolitban lévő ionokat.
A töltési folyamat során az akkumulátor belsejében a pozitív elektródáról ionok formájában kivonják a lítiumot, amelyet az elektrolit a membránon keresztül szállít, és a negatív elektródába ágyazódik; az akkumulátoron kívül az elektronok a külső áramkörről a negatív elektródára vándorolnak. A kisütési folyamatban: az akkumulátor belsejében lévő lítium-ionokat kivonják a negatív elektródából, áthaladnak a membránon, és beágyazódnak a pozitív elektródába; az akkumulátoron kívül az elektronok a külső áramkörről a pozitív elektródára vándorolnak. Töltéssel és kisütéssel ez"lítium-ion" amely az elemek között vándorol az elemi"lítium" helyett, ezért az akkumulátort"lítium-ion akkumulátor"-nak nevezik.
Másodszor, a lítium-ion akkumulátorok biztonsági kockázatai
Általánosságban elmondható, hogy a lítium-ion akkumulátorok biztonsági problémái égésként vagy akár robbanásként jelentkeznek. Ezeknek a problémáknak a kiváltó oka az akkumulátor belsejében fellépő hőkiáramlás. Ezenkívül néhány külső tényező, például túltöltés, tűz, összenyomás, defekt és rövidzárlat Más problémák is biztonsági problémákat okozhatnak. A lítium-ion akkumulátorok töltés és kisütés során hőt termelnek. Ha a keletkező hő meghaladja az akkumulátor hőleadó képességét, a lítium-ion akkumulátor túlmelegszik, és az akkumulátor anyaga lebontja a SEI filmet, az elektrolit bomlás, a pozitív elektród bomlás, a negatív elektród és a destruktív mellékreakciók, mint például az elektrolit reakciója és a negatív elektród és a kötőanyag reakciója.
1 A katód anyagok biztonsági veszélyei
Ha a lítium-ion akkumulátort nem megfelelően használják, az akkumulátor belső hőmérséklete megnő, és a pozitív elektróda anyagának aktív anyaga lebomlik és az elektrolit oxidálódik. Ugyanakkor ez a két reakció sok hőt termelhet, ami az akkumulátor hőmérsékletének további emelkedését okozhatja. A különböző delitációs állapotok nagyon eltérő hatással vannak az aktív anyag rácsos átalakulására, a bomlási hőmérsékletre és az akkumulátor hőstabilitására.
2 Az anódanyagok biztonsági veszélyei
A kezdeti időkben használt negatív elektróda anyaga fém lítium volt, és az összeszerelt akkumulátorban többszöri töltés és kisütés után lítium-dendritek keletkeztek, amelyek aztán átszúrták a membránt, ami az akkumulátor rövidzárlatát, szivárgását, sőt felrobbanását okozta. A lítium interkalációs vegyületek hatékonyan elkerülhetik a lítium-dendritek képződését, és nagymértékben javíthatják a lítium-ion akkumulátorok biztonságát. A hőmérséklet emelkedésével a szén negatív elektróda lítium interkaláció állapotában először exoterm reakcióba lép az elektrolittal. Azonos töltési és kisütési körülmények között az elektrolit és a lítiummal interkalált mesterséges grafit közötti reakció hőleadási sebessége sokkal nagyobb, mint a lítiummal interkalált mezofázisú szén mikrogömbökkel, szénszálakkal, koksszal stb.
3 A membrán és az elektrolit biztonsági veszélyei
A lítium-ion akkumulátor elektrolitja lítium-só és szerves oldószer vegyes oldata. A kereskedelmi forgalomban kapható lítium-só a lítium-hexafluor-foszfát. Az elektrolit termikus stabilitása. Az elektrolit szerves oldószere a karbonát, amelynek alacsony forráspontja és lobbanáspontja van, és könnyen reagál a lítium sóval, így magas hőmérsékleten PF5 szabadul fel, és könnyen oxidálható.
4 Rejtett biztonsági veszélyek a gyártási folyamat során
A lítium-ion akkumulátorok gyártási folyamata során az olyan folyamatok, mint az elektródagyártás és az akkumulátor-összeszerelés, hatással lesznek az akkumulátor biztonságára. A különféle folyamatok minőségellenőrzése, mint például a pozitív és negatív elektródák keverése, bevonatolás, hengerlés, vágás vagy lyukasztás, összeszerelés, elektrolit feltöltése, tömítés és formázás, mind befolyásolják az akkumulátor teljesítményét és biztonságát. A szuszpenzió egyenletessége meghatározza az aktív anyag elektródán való egyenletes eloszlását, ezáltal befolyásolja az akkumulátor biztonságát. Ha a zagy finomsága túl nagy, a negatív elektróda anyaga viszonylag nagy változásokon megy keresztül a töltés és kisütés során, és fémes lítium kiválása fordulhat elő; ha a hígtrágya finomsága túl kicsi, akkor az akkumulátor belső ellenállása túl nagy lesz. Ha a bevonat melegítési hőmérséklete túl alacsony, vagy a száradási idő nem elegendő, az oldószer megmarad, és a kötőanyag részben feloldódik, aminek következtében egyes aktív anyagok könnyen leválnak; túl magas hőmérséklet a kötőanyag elszenesedését okozhatja, az aktív anyagok pedig leeshetnek, és belső rövidzárlatot okozhatnak az akkumulátorban.
5 lehetséges biztonsági veszély az akkumulátor használata során
A lítium-ion akkumulátoroknak minimálisra kell csökkenteniük a túltöltést vagy a túlkisülést használat közben. Különösen a nagy monomerkapacitású akkumulátorok esetében a termikus zavarok sorozatos exoterm mellékreakciókat okozhatnak, ami biztonsági problémákhoz vezethet.
Három lítium-ion akkumulátor biztonsági tesztjelző
A lítium-ion akkumulátor előállítása után, mielőtt az a fogyasztóhoz kerülne, egy sor tesztet kell elvégezni, hogy a lehető legnagyobb mértékben biztosítsák az akkumulátor biztonságát és csökkentsék a lehetséges biztonsági kockázatokat.
1. Nyomási teszt: Helyezze a teljesen feltöltött akkumulátort sima felületre, fejtsen ki 13±1KN nyomást egy hidraulikus hengerrel, majd nyomja ki az akkumulátort egy 32 mm átmérőjű acélrúd sík felületéről. Ha a szorító nyomás eléri a maximális ütközőt, az akkumulátor nem gyullad meg, csak ne'robbanjon fel.
2. Ütéspróba: Miután az akkumulátort teljesen feltöltötte, helyezze sima felületre, helyezzen egy 15,8 mm átmérőjű acéloszlopot függőlegesen az akkumulátor közepére, és ejtsen rá egy 9,1 kg-os súlyt szabadon 610 mm magasságból. az acéloszlop az akkumulátor felett. Az akkumulátor nem gyullad ki és nem robban fel.
3. Túltöltési teszt: Töltse fel teljesen az akkumulátort 1C-vel, és végezzen túltöltési tesztet a 3C túltöltés 10V szerint. Ha az akkumulátor túl van töltve, a feszültség egy bizonyos feszültségre emelkedik, és egy ideig stabilizálódik. Ha közel van egy bizonyos időtartamhoz, az akkumulátor feszültsége gyorsan emelkedik. Egy bizonyos határ elérésekor lehúzzák az akkumulátor felső kupakját, a feszültség 0 V-ra csökken, és az akkumulátor nem gyullad ki és nem robban fel.
4. Rövidzárlati teszt: Az akkumulátor teljes feltöltése után az akkumulátor pozitív és negatív elektródáit egy legfeljebb 50mΩ ellenállású vezetékkel rövidre zárjuk, és teszteljük az akkumulátor felületi hőmérsékletét. Az akkumulátor felületének maximális hőmérséklete 140 ℃. Az akkumulátor fedele nyitva van, és az akkumulátor nem gyullad ki vagy robban fel. .
5. Akupunktúrás teszt: Helyezze a teljesen feltöltött akkumulátort sima felületre, és sugárirányban szúrja át az akkumulátort egy 3 mm átmérőjű acéltűvel. A teszt akkumulátor nem gyullad ki és nem robban fel.
6. Hőmérsékletciklus-teszt: A lítium-ion akkumulátor hőmérsékleti ciklustesztjét a lítium-ion akkumulátor biztonságának szimulálására használják, amikor szállítás vagy tárolás során ismételten alacsony és magas hőmérsékletű környezetnek vannak kitéve. A teszt a gyors és szélsőséges hőmérséklet alkalmazása Változások történnek. A vizsgálat után a minta nem tüzelhet, nem robbanhat fel vagy szivároghat.
Négy lítium-ion akkumulátor biztonsági megoldás
Tekintettel a lítium-ion akkumulátorok anyagában, gyártási és használati folyamatában rejlő számos rejtett biztonsági veszélyre, a lítium-ion akkumulátorok gyártóinak meg kell oldaniuk a biztonsági problémákra hajlamos alkatrészek javítását.
1 Növelje az elektrolit biztonságát
Az elektrolit és a pozitív és negatív elektródák között nagy a reakcióaktivitás, különösen magas hőmérsékleten. Az akkumulátor biztonságának javítása érdekében az elektrolit biztonságának javítása az egyik leghatékonyabb módszer. Az elektrolit potenciális biztonsági veszélyei hatékonyan oldhatók meg funkcionális adalékok hozzáadásával, új lítium sók és új oldószerek alkalmazásával.
Az adalékanyagok különböző funkciói szerint a következő kategóriákba sorolhatók: biztonsági védő adalékok, filmképző adalékok, pozitív elektróda védő adalékok, stabilizáló lítium só adalékok, lítium kiválást elősegítő adalékok, áramgyűjtő korróziógátló adalékok, nedvesíthetőséget javító adalékok .
A kereskedelemben kapható lítium sók teljesítményének javítása érdekében a kutatók atomokat helyettesítettek rajtuk, és számos származékot kaptak. Ezek közül az atomok perfluor-alkil-csoportokkal történő helyettesítésével nyert vegyületek számos előnnyel rendelkeznek, például magas lobbanásponttal, hasonló vezetőképességgel és fokozott vízállósággal. , Egyfajta lítium-só-vegyület, nagyszerű alkalmazási lehetőségekkel. Ezenkívül a bóratom oxigénligandummal való kelátozásával nyert anionos lítium só nagy termikus stabilitással rendelkezik.
Az oldószerekkel kapcsolatban sok kutató egy sor új szerves oldószert javasolt, például karbonsav-észtereket és szerves étereket. Ezenkívül az ionos folyadékoknak van egy nagy biztonságú, de viszonylag gyakran használt karbonát alapú elektrolitosztálya is. Az ionos folyadékok viszkozitása nagyságrendekkel nagyobb, a vezetőképesség és az ion öndiffúziós együtthatója alacsony. Sok munka van még a gyakorlatiasításig. Csinálni.
2 Növelje az elektródák anyagának biztonságát
A lítium-vas-foszfát és a háromkomponensű kompozit anyagok alacsony költségűnek tekinthetők,"kiváló biztonság" katód anyagok, és népszerűsíthető az elektromos járműiparban. A pozitív elektróda anyaga esetében a közös módszer a biztonság javítására a bevonat módosítása. Például a pozitív elektród anyagának fém-oxiddal történő bevonása megakadályozhatja a pozitív elektród anyaga és az elektrolit közötti közvetlen érintkezést, gátolja a pozitív elektród anyagának fázisváltozását, és javítja. Szerkezeti stabilitása csökkenti a kationok rendezetlenségét a kristályrács a mellékreakciók általi hőképződés csökkentésére.
A negatív elektród anyaga esetében, mivel a felület gyakran a leginkább hajlamos a termokémiai bomlásra és a lítium-ion akkumulátor hőtermelésére, a SEI film hőstabilitásának javítása kulcsfontosságú módszer a negatív elektróda anyagának biztonságának javítására. Gyenge oxidációval, fém- és fémoxid-leválasztással, polimer vagy szén bevonattal javítható a negatív elektród anyagának hőstabilitása.
3 Továbbfejlesztett akkumulátor-biztonsági konstrukció
Az akkumulátorok anyagának biztonságának javítása mellett a kereskedelemben kapható lítium-ion akkumulátorok számos biztonsági védelmi intézkedést alkalmaznak, mint például az akkumulátor biztonsági szelepeinek beállítása, hőbiztosítékok, pozitív hőmérsékleti együtthatójú alkatrészek sorba kapcsolása, hőszigetelt membránok használata, dedikált védelmi áramkörök betöltése, és a dedikált akkumulátor-kezelő rendszer stb. is a biztonság fokozásának egyik eszköze.
Öt lítium-ion akkumulátor biztonsági megoldást szolgáltató
Mivel a lítium-ion akkumulátorok biztonsága egyre nagyobb figyelmet kap, sok vállalat kifejezetten a lítium-ion akkumulátorok potenciális biztonsági kockázataira irányuló kutatást és fejlesztést végzett, és hatékony akkumulátorbiztonsági megoldásokat javasolt.
A Chuangwei New Energy, mint a háztartási akkumulátorok hőelvezetésére figyelmeztető és biztonsági technológia legkorábbi kutatója, valamint az akkumulátordobozos speciális automatikus tűzoltó készülék úttörője, úttörője volt a&lítium-ion akkumulátoros hőelvezető modellnek &, amely népszerűsítette az akkumulátordoboz termikus átfutási felügyeletét és az automatikus tűzoltást. A technológia nagyszabású alkalmazása.
A"Lítium-ion akkumulátor termikus kifutó modell" három dimenzióra oszlik: függőleges, vízszintes és függőleges. A függőleges irány több érzékelő adatredundanciája, azaz ugyanazon környezetben több szenzoradat-készletet illesztenek, hogy szimulálják a különböző anyagok és különböző környezetek adatjellemző görbéjét; a vízszintes irány az érzékelő történeti adatainak folyamatos idejű algoritmusa a zaj kiküszöbölésére. Az interferencia hatékonyan oldja meg a téves riasztások, téves riasztások és a korai figyelmeztetési késések problémáit a küszöbmódszerben; függőleges szúrást, tompa tűhátralékot és más módszereket használnak a különböző típusú akkumulátorok hőkifutásának szimulálására.
A háromdimenziós fúzióval, matematikai módszerekkel, nagyszámú kísérleten és valós üzemi adatokon alapulva összegzik a termikus szökés okozta különböző változók közötti belső kapcsolatot, és a neurológiai elvek segítségével rendkívül korai, nagyon megbízható és önállót alkotnak. -üzemi"lítium-ion" Akkumulátor hőkezelési modell" felismeri az akkumulátor élettartamával kapcsolatos rejtett veszélyek korai figyelmeztetését és intelligens vezérlését.
A járművek tényleges működése során számos korai figyelmeztető példa igazolta ennek a modellnek a hatékonyságát és előrehaladását, így a jelenlegi akkumulátordoboz hőkifutás-figyelmeztető és automatikus tűzoltás alapvető technológiájává vált.
A Shenzhen Benwei akkumulátor egy csúcstechnológiás vállalkozás, amely R&D-re, lítium-ion akkumulátorok gyártására és értékesítésére szakosodott. Alkalmazási területei: elektromos járművek lítium akkumulátorai, lítium akkumulátorok, energiatároló lítium akkumulátorok, stb. A vállalat és az akkumulátorcella-gyártók hosszú távú stabilitást tartanak fenn Együttműködési kapcsolat, a legújabb technológiai vívmányok és koncepciók alkalmazása a teljes terméksorozatban fejlesztési folyamatok. A gyártóműhely fejlett gyártóberendezésekkel és első osztályú vizsgálóműszerekkel van felszerelve. Ugyanakkor professzionális termelési és minőségirányítási csapatokkal rendelkezik, szigorúan a gyártási kapcsolat minden lépésében, valamint a folyamat folyamatos optimalizálása és fejlesztése révén az akkumulátor biztonsága érdekében.
