Lityum batareyaning xavfsizligi va yechimi
Mobil telefonlar, raqamli mahsulotlar va elektr transport vositalarining ommalashishi bilan litiy-ionli batareyalar odamlar'ning hayotida tobora muhim rol o'ynamoqda. Kam energiya zichligi va cheklangan aylanish muddati kabi foydalanish muammolari ko'pincha tanqid qilinadi. Biroq, bu muammolar bilan solishtirganda, lityum batareyalarning xavfsizligi diqqat markazida.
So'nggi yillarda batareyalar xavfsizligi bilan bog'liq baxtsiz hodisalar ko'payib bormoqda va ko'plab muammolarning oqibatlari, masalan, Boeing 787 Dreamliner samolyotining lityum batareyasidagi yong'in, sanoatni larzaga keltirgan va keng ko'lamli batareya yong'inlari va portlash hodisasi kabi dahshatli. Samsung Galaxy Note 7-da. Lityum-ion batareyalarning xavfsizligi yana bir bor signal berdi.
Lityum-ion batareyasining tarkibi va ishlash printsipi
Lityum-ion batareyalar asosan musbat elektrod, salbiy elektrod, elektrolitlar, ajratuvchi, tashqi aloqa va qadoqlash qismlaridan iborat. Ular orasida musbat elektrod va manfiy elektrod tarkibida mis folga va alyuminiy folga oqim kollektorlarida bir xilda qoplangan faol elektrod materiallari, o'tkazgichlar, bog'lovchilar va boshqalar mavjud.
Lityum-ionli batareyalarning ijobiy elektrod salohiyati nisbatan yuqori, ko'pincha lityum-interkalatsiyalangan o'tish metall oksidlari yoki polianionik birikmalar, masalan, lityum kobaltat, lityum manganat, uchlik, lityum temir fosfat va boshqalar; lityum-ion batareyaning salbiy materiallari odatda uglerod materiallari, masalan, grafit va grafitlanmagan uglerod; lityum ion batareya elektrolitlari asosan suvsiz eritma bo'lib, organik aralash erituvchi va lityum tuzidan iborat bo'lib, hal qiluvchi asosan karbon kislotasi kabi organik erituvchidir va lityum tuzi asosan monovalent polianion lityum tuzi, masalan, Lityum heksafluorofosfat va boshqalar; lityum ionli batareyalar ajratgichlari asosan polietilen va polipropilen mikroporozli membranalar bo'lib, ular ijobiy va salbiy materiallarni ajratib turadi, elektronlarning o'tishidan kelib chiqadigan qisqa tutashuvlarni oldini oladi va elektrolitlardagi ionlarning o'tishiga imkon beradi.
Zaryadlash jarayonida batareyaning ichida lityum musbat elektroddan ionlar shaklida chiqariladi, elektrolitlar diafragma orqali tashiladi va salbiy elektrodga kiritiladi; batareyadan tashqarida elektronlar tashqi kontaktlarning zanglashiga olib, salbiy elektrodga o'tadi. Bo'shatish jarayonida: akkumulyator ichidagi lityum ionlari salbiy elektroddan chiqariladi, diafragma orqali o'tadi va musbat elektrodga kiritiladi; batareyadan tashqarida elektronlar tashqi konturdan musbat elektrodga o'tadi. Zaryadlash va zaryadsizlantirish bilan bu"litiy ioni" elementar"litiy" o'rniga batareyalar o'rtasida ko'chib o'tadi, shuning uchun batareya"litiy ion batareyasi" deb ataladi.
Ikkinchidan, lityum-ion batareyalarning xavfsizlik xavfi
Umuman olganda, lityum-ion batareyalarning xavfsizlik muammolari yonish yoki hatto portlash sifatida namoyon bo'ladi. Ushbu muammolarning asosiy sababi batareya ichidagi termal qochib ketishdir. Bundan tashqari, ortiqcha zaryad, yong'in, siqish, teshilish va qisqa tutashuv kabi ba'zi tashqi omillar Boshqa muammolar ham xavfsizlik muammolariga olib kelishi mumkin. Lityum-ion batareyalar zaryadlash va tushirish paytida issiqlik hosil qiladi. Agar hosil bo'lgan issiqlik batareyaning issiqlik tarqalish qobiliyatidan oshsa, lityum-ion batareyasi haddan tashqari qizib ketadi va batareya moddasi SEI plyonkasini, elektrolitlar parchalanishini, musbat elektrod parchalanishini, salbiy elektrodni va elektrolitlar reaktsiyasi va halokatli yon reaktsiyalarni parchalaydi. salbiy elektrod va bog'lovchining reaktsiyasi.
1 Katodli materiallarning xavfsizlik xavfi
Lityum-ion batareyasi noto'g'ri ishlatilsa, batareyaning ichki harorati oshadi va musbat elektrod moddasining faol moddasi parchalanadi va elektrolit oksidlanadi. Shu bilan birga, bu ikki reaktsiya juda ko'p issiqlik hosil qilishi mumkin, bu esa batareya haroratining yanada oshishiga olib keladi. Turli xil delitiatsiya holatlari faol materialning panjara o'zgarishiga, parchalanish haroratiga va batareyaning termal barqarorligiga juda boshqacha ta'sir qiladi.
2 Anod materiallarining xavfsizlik xavfi
Dastlabki kunlarda ishlatiladigan salbiy elektrod materiali metall lityum bo'lib, yig'ilgan batareya takroriy zaryadlash va zaryadsizlanishdan keyin lityum dendritlarni ishlab chiqarishga moyil bo'lib, keyinchalik membranani teshib, batareyaning qisqa tutashuvi, oqishi va hatto portlashiga olib keladi. Lityum interkalatsiya aralashmalari lityum dendritlarning paydo bo'lishidan samarali qochishi va lityum-ion batareyalarning xavfsizligini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin. Haroratning oshishi bilan lityum interkalatsiya holatidagi uglerod manfiy elektrod birinchi navbatda elektrolit bilan ekzotermik reaksiyaga kirishadi. Xuddi shu zaryadlash va tushirish sharoitida elektrolitlar va lityum-interkalatsiyalangan sun'iy grafit o'rtasidagi reaktsiyaning issiqlik chiqarish tezligi lityum-interkalatsiyalangan mezofazali uglerod mikrosferalari, uglerod tolalari, koks va boshqalar bilan reaktsiyaga qaraganda ancha katta.
3 Diafragma va elektrolitlarning xavfsizlik xavfi
Lityum ion batareyasining elektrolitlari lityum tuzi va organik erituvchining aralash eritmasidir. Tijorat lityum tuzi lityum geksaftorofosfatdir. Elektrolitning termal barqarorligi. Elektrolitning organik erituvchisi karbonat bo'lib, u past qaynash nuqtasi va porlash nuqtasiga ega va PF5 ni yuqori haroratda chiqarish uchun lityum tuzi bilan reaksiyaga kirishish oson va oksidlanish oson.
4 Ishlab chiqarish jarayonida yashirin xavfsizlik xavflari
Lityum-ion batareyalarni ishlab chiqarish jarayonida elektrod ishlab chiqarish va batareyani yig'ish kabi jarayonlar batareyaning xavfsizligiga ta'sir qiladi. Ijobiy va salbiy elektrodlarni aralashtirish, qoplash, rulonni kesish, kesish yoki zımbalama, yig'ish, elektrolitlarni to'ldirish, muhrlash va shakllantirish kabi turli jarayonlarning sifatini nazorat qilish batareyaning ishlashi va xavfsizligiga ta'sir qiladi. Atlamaning bir xilligi elektroddagi faol material taqsimotining bir xilligini aniqlaydi va shu bilan batareyaning xavfsizligiga ta'sir qiladi. Agar atala nozikligi juda katta bo'lsa, salbiy elektrod moddasi zaryadlash va tushirish vaqtida nisbatan katta o'zgarishlarga uchraydi va metall lityumning cho'kishi sodir bo'lishi mumkin; agar atala nozikligi juda kichik bo'lsa, batareyaning ichki qarshiligi juda katta bo'ladi. Agar qoplamani isitish harorati juda past bo'lsa yoki quritish vaqti etarli bo'lmasa, hal qiluvchi qoladi va bog'lovchi qisman eriydi, bu esa ba'zi faol materiallarning osongina tozalanishiga olib keladi; juda yuqori harorat bog'lovchining karbonlanishiga olib kelishi mumkin va faol materiallar tushib ketishi va batareyada ichki qisqa tutashuvlarga olib kelishi mumkin.
Batareyani ishlatishda 5 ta potentsial xavfsizlik xavfi
Lityum-ion batareyalar foydalanish paytida haddan tashqari zaryadlashni yoki ortiqcha zaryadlashni minimallashtirishi kerak. Ayniqsa, yuqori monomer sig'imiga ega batareyalar uchun issiqlik buzilishi xavfsizlik bilan bog'liq muammolarga olib keladigan bir qator ekzotermik yon reaktsiyalarni keltirib chiqarishi mumkin.
Uchta lityum-ion batareyalar xavfsizligini tekshirish ko'rsatkichlari
Lityum-ion batareyasi ishlab chiqarilgandan so'ng, iste'molchiga etib borgunga qadar, batareyaning xavfsizligini iloji boricha ta'minlash va potentsial xavfsizlik xavflarini kamaytirish uchun bir qator sinovlar talab qilinadi.
1. Siqish testi: To'liq zaryadlangan batareyani tekis yuzaga qo'ying, gidravlik silindr bilan 13 ± 1KN bosim o'tkazing va batareyani diametri 32 mm bo'lgan po'lat novda tekis yuzasidan siqib chiqaring. Siqish bosimi maksimal to'xtash nuqtasiga yetganidan keyin Siqish, batareya yonmaydi, faqat'portlamang.
2. Zarba sinovi: Batareya to'liq zaryadlangandan so'ng, uni tekis yuzaga qo'ying, batareyaning o'rtasiga vertikal ravishda 15,8 mm diametrli po'lat ustunni qo'ying va 9,1 kg og'irlikdagi og'irlikni 610 mm balandlikdan erkin tushiring. batareyaning ustidagi po'lat ustun. Batareya yonmaydi yoki portlamaydi.
3. Haddan tashqari zaryadlash testi: Batareyani 1C bilan to'liq zaryadlang va 3C haddan tashqari zaryadlash 10V ga muvofiq ortiqcha zaryadlash testini bajaring. Batareya haddan tashqari zaryadlanganda, kuchlanish ma'lum bir kuchlanishgacha ko'tariladi va ma'lum vaqt davomida barqarorlashadi. Muayyan vaqtga yaqinlashganda, batareyaning kuchlanishi tez ko'tariladi. Muayyan chegaraga erishilganda, batareyaning yuqori qopqog'i chiqariladi, kuchlanish 0V ga tushadi va batareya yonmaydi yoki portlamaydi.
4. Qisqa tutashuv sinovi: Batareya to'liq zaryadlangandan so'ng, batareyaning ijobiy va salbiy elektrodlari 50mŌ dan ortiq bo'lmagan qarshilikka ega bo'lgan sim bilan qisqa tutashgan va batareyaning sirt harorati sinovdan o'tkaziladi. Batareya sirtining maksimal harorati 140 ℃. Batareya qopqog'i ochilgan va batareya yonmaydi yoki portlamaydi. .
5. Akupunktur testi: To'liq zaryadlangan batareyani tekis yuzaga qo'ying va batareyani radial yo'nalishda diametri 3 mm bo'lgan po'lat igna bilan teshing. Sinov batareyasi yonmaydi yoki portlamaydi.
6. Harorat aylanishi testi: Lityum ion batareyasining harorat davri sinovi tashish yoki saqlash vaqtida past harorat va yuqori haroratli muhitga qayta-qayta ta'sir qilganda lityum ion batareyasining xavfsizligini simulyatsiya qilish uchun ishlatiladi. Sinov tez va haddan tashqari haroratni ishlatishdir O'zgarishlar amalga oshiriladi. Sinovdan so'ng namuna yonib ketmasligi, portlamasligi yoki oqmasligi kerak.
To'rtta lityum-ion batareyalar xavfsizligi uchun echimlar
Materiallar, ishlab chiqarish va foydalanish jarayonida lityum-ion batareyalarning ko'plab yashirin xavfsizlik xavfini hisobga olgan holda, xavfsizlik muammolariga moyil bo'lgan qismlarni qanday yaxshilash kerakligi lityum-ion batareyalar ishlab chiqaruvchilari hal qilishi kerak bo'lgan muammodir.
1 Elektrolitlar xavfsizligini yaxshilang
Elektrolitlar va musbat va salbiy elektrodlar o'rtasida, ayniqsa yuqori haroratlarda yuqori reaktsiya faolligi mavjud. Batareyaning xavfsizligini yaxshilash uchun elektrolitlar xavfsizligini yaxshilash samarali usullardan biridir. Elektrolitlarning potentsial xavfsizlik xavfini funktsional qo'shimchalar qo'shish, yangi lityum tuzlari va yangi erituvchilarni qo'llash orqali samarali hal qilish mumkin.
Qo'shimchalarning turli funktsiyalariga ko'ra, ularni quyidagi toifalarga bo'lish mumkin: xavfsizlikni himoya qiluvchi qo'shimchalar, plyonka hosil qiluvchi qo'shimchalar, musbat elektrodlarni himoya qiluvchi qo'shimchalar, stabillashadigan litiy tuzi qo'shimchalari, lityum yog'ingarchilikni rag'batlantiruvchi qo'shimchalar, joriy kollektor korroziyaga qarshi qo'shimchalar va namlanishni kuchaytiruvchi qo'shimchalar. .
Tijoriy litiy tuzlarining ish faoliyatini yaxshilash uchun tadqiqotchilar ulardagi atomlarni almashtirdilar va ko'plab hosilalarni oldilar. Ular orasida atomlarni perftoralkil guruhlari bilan almashtirish natijasida olingan birikmalar yuqori porlash nuqtasi, o'xshash o'tkazuvchanlik va suvga chidamliligini oshirish kabi ko'plab afzalliklarga ega. , Katta qo'llash istiqbollari bilan lityum tuzi birikmasining bir turi. Bundan tashqari, bor atomini kislorod ligand bilan xelatlash natijasida olingan anion litiy tuzi yuqori termal barqarorlikka ega.
Erituvchilarga kelsak, ko'plab tadqiqotchilar karboksilik kislota efirlari va organik efirlar kabi bir qator yangi organik erituvchilarni taklif qilishdi. Bundan tashqari, ionli suyuqliklar ham yuqori xavfsizlikka ega elektrolitlar sinfiga ega, ammo nisbatan tez-tez ishlatiladigan karbonat asosidagi elektrolitlar. Ionli suyuqliklarning yopishqoqligi kattaroq, o'tkazuvchanlik va ionning o'z-o'zidan tarqalish koeffitsienti past. Amaliylikdan oldin hali ko'p ish bor. Qilmoq.
2 Elektrod materiallarining xavfsizligini yaxshilash
Litiy temir fosfat va uchlik kompozit materiallar arzon,"a'lo xavfsizlik" katod materiallari va elektr transport vositalari sanoatida ommalashishi mumkin. Ijobiy elektrod materiali uchun uning xavfsizligini yaxshilashning umumiy usuli qoplamani o'zgartirishdir. Masalan, musbat elektrod materialining metall oksidi bilan qoplanishi musbat elektrod moddasi va elektrolitlar o'rtasidagi to'g'ridan-to'g'ri aloqani oldini oladi, musbat elektrod materialining faza o'zgarishini inhibe qiladi va uning strukturaviy barqarorligini yaxshilaydi. yon reaktsiyalar orqali issiqlik hosil bo'lishini kamaytirish uchun kristall panjara.
Salbiy elektrod materiali uchun sirt ko'pincha lityum ion batareyasida termokimyoviy parchalanish va issiqlik hosil bo'lishiga eng moyil bo'lganligi sababli, SEI plyonkasining termal barqarorligini yaxshilash salbiy elektrod materialining xavfsizligini yaxshilashning asosiy usuli hisoblanadi. Zaif oksidlanish, metall va metall oksidi cho'kishi, polimer yoki uglerod qoplamasi orqali salbiy elektrod materialining termal barqarorligini yaxshilash mumkin.
3 Batareya xavfsizligini himoya qilish dizayni yaxshilandi
Batareya materiallarining xavfsizligini yaxshilash bilan bir qatorda, tijorat lityum-ion batareyalari ko'plab xavfsizlik choralarini qo'llaydi, masalan, batareyaning xavfsizlik klapanlari, termal sigortalar, musbat harorat koeffitsientlari bilan ketma-ket ulash komponentlari, termal muhrlangan diafragmalardan foydalanish, maxsus himoya davrlarini yuklash, va maxsus batareya boshqaruv tizimi va boshqalar ham xavfsizlikni kuchaytirish vositasidir.
Beshta lityum-ion batareya xavfsizligi yechimi provayderi
Lityum-ion batareyalarning xavfsizligi tobora ko'proq e'tiborni jalb qilganligi sababli, ko'plab kompaniyalar lityum-ion batareyalardagi potentsial xavfsizlik xavflari uchun maxsus tadqiqot va ishlanmalar olib bordilar va samarali batareya xavfsizligi echimlarini ilgari surdilar.
Chuangwei New Energy mahalliy energiya batareyasining termal qochib ketishi haqida ogohlantirish va xavfsizlik texnologiyasining eng dastlabki tadqiqotchisi va batareya qutisi maxsus avtomatik yong'in o'chirish moslamasining kashshofi sifatida Chuangwei New Energy kompaniyasi"lityum-ionli batareyali termal qochib ketadigan model", kashshof bo'ldi. targ'ib batareya qutisi termal qochib monitoring va avtomatik yong'in o'chirish. Texnologiyani keng miqyosda qo'llash.
& quot;Litiy-ionli batareyaning termal qochib ketgan modeli" uch o'lchamga bo'linadi: vertikal, gorizontal va vertikal. Vertikal yo'nalish - bu bir nechta sensorlarning ma'lumotlarning ortiqcha bo'lishi, ya'ni turli xil materiallar va turli muhitlarning ma'lumotlar xarakteristikasi egri chizig'ini simulyatsiya qilish uchun bir xil muhit ostida sensor ma'lumotlarining bir nechta to'plami o'rnatilgan; gorizontal yo'nalish - shovqinni bartaraf etish uchun sensorning tarixiy ma'lumotlari uchun uzluksiz vaqt algoritmi Interferentsiya eshik usulida noto'g'ri signallar, noto'g'ri signallar va erta ogohlantirish lag muammolarini samarali hal qiladi; vertikal ponksiyon, to'mtoq igna qoldiqlari va boshqa usullar har xil turdagi quvvat akkumulyatorlarining termal qochib ketish jarayonini simulyatsiya qilish uchun ishlatiladi.
Ko'p sonli eksperimentlar va haqiqiy operatsion ma'lumotlarga asoslangan uch o'lchovli termoyadroviy, matematik usullar orqali termal qochish natijasida yuzaga kelgan turli o'zgaruvchilar o'rtasidagi ichki munosabatlar umumlashtiriladi va nevrologik printsiplar juda erta, yuqori ishonchli va o'zini o'zi shakllantirish uchun ishlatiladi. -ishlovchi"litiy ioni" Batareya termal qochqin modeli" batareyaning ishlash muddatidagi yashirin xavflarni erta ogohlantirish va aqlli boshqarishni amalga oshiradi.
Avtotransportning haqiqiy ekspluatatsiyasida sodir bo'lgan ko'plab erta ogohlantirish misollari ushbu modelning samaradorligi va rivojlanishini isbotladi, bu uni hozirgi batareya qutisi termal qochish va avtomatik yong'inni o'chirishning asosiy texnologiyasiga aylantirdi.
Shenzhen Benwei batareyasi R&D, lityum-ion batareyalarni ishlab chiqarish va sotishga ixtisoslashgan yuqori texnologiyali korxona. Uning mahsulotini qo'llash sohalari quyidagilardan iborat: elektr avtomobil lityum batareyalari, lityum quvvat batareyalari, energiyani saqlaydigan lityum batareyalar va boshqalar. Kompaniya va batareya xujayrasi ishlab chiqaruvchilari uzoq muddatli barqarorlikni ta'minlaydilar Hamkorlik munosabatlari va mahsulotning barcha seriyasiga eng so'nggi texnologik yutuqlar va tushunchalarni qo'llaydilar. rivojlanish jarayonlari. Ishlab chiqarish ustaxonasi ilg'or ishlab chiqarish uskunalari va birinchi darajali sinov asboblari bilan jihozlangan. Shu bilan birga, u professional ishlab chiqarish va sifat menejmenti guruhlari, ishlab chiqarish aloqasining qat'iy har bir bosqichi va batareya xavfsizligini ta'minlash uchun jarayonni doimiy optimallashtirish va takomillashtirish orqali mavjud.
