Факторы, влияющие на безопасность силовых литий-ионных аккумуляторов

Благодаря постоянному обновлению и развитию технологии литий-ионных аккумуляторов потребители постепенно отдают предпочтение преимуществам легкого веса, большой емкости и долгого срока службы. Ее рынок расширился от мобильных телефонов до фотоаппаратов, DVD, моделей самолетов, игрушек и других товаров. В последние годы литий-ионные аккумуляторные батареи привлекают все большее внимание в крупномасштабном оборудовании, таком как электрическое оборудование, инструменты, резервные источники питания, регуляторы напряжения, электрические велосипеды и легкие электромобили. Для этих устройств требуются аккумуляторы большой емкости и в условиях высокой мощности. Может ли литий-ионный аккумулятор соответствовать основным требованиям высокой безопасности, высокой мощности и длительного срока службы - важная тема для многих экспертов и ученых.

Безопасность силовых литий-ионных батарей обычно относится к несчастным случаям, вызванным неправильным использованием силовых батарей, неисправностям, несчастным случаям и неправильному обращению, вздутию батарей, превышению допустимого температурного давления и даже взрывам и пожарам, которые угрожают безопасности пользователей. жизни и собственности. . Взрывы и пожары - самые серьезные нарушения безопасности. Внутренние причины неправильного использования литий-ионной батареи, вызывающие взрыв, сложны, но большинство из них вызвано чрезмерной температурой и давлением, и большинство причин этих двух можно отнести к термической реакции разгона литий-ионной батареи. то есть экзотермическая реакция. Эти экзотермические реакции обычно включают разложение пленки SEI электрода батареи, реакцию интеркалирования лития с растворителем, реакцию разложения материала положительного электрода и т.п.

Материал положительного электрода - ключевой манганат лития.

В безопасности силовых литий-ионных аккумуляторов материал положительного электрода в материале электрода является ключевым, а также основной причиной угрозы безопасности литий-ионного аккумулятора. Поиск материалов для электродов с высокой плотностью энергии, высокой безопасностью, защитой окружающей среды и низкой ценой является ключом к развитию аккумуляторных батарей. В настоящее время широко используются катодные материалы: кобальтат лития, манганат лития, оксид лития, никеля, кобальта, марганца и фосфат лития-железа. Согласно данным, полученным в стране и за рубежом, оксид лития-кобальта представляет опасность для аккумуляторных батарей. Обычно он не используется в качестве материала положительного электрода для силовых батарей; широко распространено использование манганата лития; никель-кобальт-манганат меньше используется в Китае. Его используют некоторые производители Тайваня и Японии.

Из-за богатых ресурсов марганца (особенно в Китае, который занимает третье место в мире по запасам марганца), низкой стоимости, безвредности для окружающей среды и литиево-марганцевой кислоты с высоким разрядным напряжением, зрелой технологии, хорошей безопасности, с другой слоистой структурой невозможно. в сочетании с преимуществами анодного материала, такими как высокая скорость заряда и разряда, таким образом, в продвижении литиевых электрических батарей, литий-марганцевая кислота имеет большое преимущество. Хотя удельная емкость относительно невелика, большой размер самой аккумуляторной батареи не является очевидным недостатком. Литий-ионные батареи с манганатом лития в качестве анодного материала обладают хорошей безопасностью и термостойкостью. Однако манганат лития также имеет недостатки, заключающиеся в быстром снижении емкости (особенно при высокой температуре) и коротком сроке службы, что затрудняет фактический процесс использования.

Преимущество материала оксида лития, никеля, кобальта, марганца заключается в высокой удельной емкости и отличных рабочих характеристиках. Изготовленная литий-ионная аккумуляторная батарея имеет очень высокую удельную энергию и подходит для использования в областях, где вес и объем строго ограничены, но требуется высокая энергия. Из-за использования металлов, таких как кобальт и никель, цена на оксид лития, никеля, кобальта и марганца уступает только оксиду лития-кобальта. Однако в настоящее время оксид лития, никеля, кобальта, марганца еще не исследован для применения в силовых батареях. Применяемые в стране материалы обычно модифицируются путем легирования для улучшения их характеристик безопасности, но крупномасштабного применения не наблюдалось.

Литий-фосфат железа обладает такими преимуществами, как обилие сырья, низкая цена, высокая удельная емкость, отличные характеристики высокотемпературного цикла и высокие характеристики безопасности, и является многообещающим катодным материалом для аккумуляторных батарей. Использование фосфата лития-железа в качестве нового материала положительного электрода для силовых батарей в последние годы набирает обороты. Из-за ограничений, связанных с патентами, в Европе и Северной Америке не так много производителей крупномасштабных литий-железо-фосфатных батарей, а рынок в основном монополизирован несколькими производителями. Хотя многие производители литий-ионных аккумуляторов в Китае инвестировали в исследования и разработки литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей, качество продукции сильно различается из-за различий в технологиях и уровнях процесса.

Добавки и электролиты обеспечивают безопасность

Конструкция силового литий-ионного аккумулятора также влияет на безопасность аккумулятора.

Только путем тщательного расчета и контроля положительных и отрицательных соотношений, типа связующего вещества, метода сборки диафрагмы, типа ушка, метода сварки и формы упаковки можно определить распределение тока полюсного наконечника. разумно, поляризация батареи мала, а рассеивание тепла хорошее, эффективное и безопасное. По соображениям безопасности силовые батареи часто проектируются с учетом того, превышает ли скорость, с которой система аккумуляторов передает тепло в окружающую среду, скорость, с которой система выделяет тепло при возникновении аномалий, поскольку это определяет вероятность теплового разгона. реакция.

Чтобы еще больше повысить безопасность силовой батареи, многие производители обычно добавляют функциональные добавки в электролит батареи. Эти добавки обладают противозадирными, противовоспалительными, низкотемпературными и огнезащитными свойствами. Стоит упомянуть, что добавление антипирена в электролит также является важным направлением повышения безопасности силовой батареи. Целью добавления антипирена является повышение кислородного индекса горения электролита. Хорошо известно, что когда кислородный индекс материала превышает 27, он является огнестойким веществом, и разработанный в настоящее время антипирен приблизился или достиг этого показателя. Для электролитов силовых аккумуляторов разработка присадок по индивидуальным функциональным показателям не представляет труда. Сложность заключается в обеспечении безопасности электролита с учетом других обычных свойств. Чтобы сбалансировать функции электролита, исследование многофункциональных групп и композиционных добавок также является направлением исследований и разработок.

Плата защиты важна

Чтобы повысить безопасность питания литий-ионных аккумуляторов, плата защиты является обязательным устройством для аккумуляторного блока. В большинстве случаев плата защиты лития должна иметь функцию управления условиями работы литий-ионной батареи, такими как напряжение, ток, температура и т. Д. Из-за особого использования литий-ионных батарей силовые литий-ионные батареи должны использоваться вместе с платой защиты, чтобы обеспечить безопасность и надежность всей системы. В процессе парной сборки и длительного использования неизбежны индивидуальные отличия аккумуляторных блоков. Плата защиты (или система управления батареями) отвечает за мониторинг напряжения, тока, температуры и даже емкости всей батареи. Если быть точным и правильным, он может сыграть свою роль. В то же время, из-за разницы в индивидуальных характеристиках батарейного блока, напряжение и доступная емкость каждой батареи будут разными при одинаковом токе заряда и разряда. По мере увеличения количества циклов разница в производительности каждой батареи будет становиться все более и более значительной, что приведет к значительному снижению производительности всего аккумуляторного блока и значительному сокращению срока службы. Чтобы производительность аккумуляторной батареи достигла или приблизилась к уровню производительности отдельной батареи, необходимо выровнять соответствующие батареи, чтобы минимизировать ухудшение характеристик заряда и разряда каждого мономера в аккумуляторной батарее. В настоящее время большинство производителей используют сбалансированную плату защиты зарядки для обслуживания литий-ионного аккумулятора.

Следовательно, с точки зрения запаса прочности силовой литий-ионной батареи решающим фактором является материал электродов, а система материалов, которая может гарантировать соответствие отраслевым стандартам испытаний, - это только манганат лития и фосфат лития-железа. Добавки, обеспечивающие безопасность, и совместимые электролиты, обычно используемые производителями, обеспечивают более эффективное использование литий-ионных батарей. Кроме того, плата защиты литиево-ионного аккумулятора обеспечивает различные функции для защиты литиевой батареи, что может обеспечить безопасное и надежное использование аккумуляторной батареи. Практическое использование функции выравнивания заряда гарантирует, что литий-ионный аккумулятор может работать с высокой безопасностью и долгим сроком службы. С точки зрения будущих тенденций, совместная разработка силовых литий-ионных аккумуляторов, специальных плат защиты и оборудования - это путь научного развития.

Страница содержит содержимое машинного перевода.