История развития литий-ионных аккумуляторов - краткое введение в перезарядку

Вероятность аварии (LIB) литиевой батареи из-за ее собственного дефекта крайне мала. В марте 2009 года Международное общество по аккумуляторным батареям "26 международный семинар и выставка по аккумуляторным батареям", проведенное во Флориде в национальных лабораториях Сандии (SNL), объявило, что сама батарея вызывает вероятность аварии ниже 1 PPM. Во время проведения контрмер по безопасности аккумуляторных батарей американская компания TIAXLLC сообщила, что вероятность аварии между 0,2 ~ 0,5 частей на миллион, больше, чем метод контроля качества для управления пределом шести сигм (шесть сигм).

Вероятность 1 PPM крайне мала, может быть названа редким явлением. 1 год в США умер, вероятность удара молнии составляет около 1 PPM. Вероятность покупки первого приза в Японии * * * 0,1 промилле. Так сказать, LIB из-за собственных дефектов вероятность аварии немного выше, чем первый приз, и молнии основной же. Это потому, что LIB предпринял несколько мер безопасности.

LIB, однако, реальная вероятность аварии намного выше, чем в порядке PPM, потому что большая часть неисправностей, вызванных аварией, связана не с самой батареей, а с внешними факторами. В ранее упомянутом SNL говорится, что подавляющее большинство причин аварии - выдавливание, нагрев, зарядка и другие внешние факторы.

На самом деле мало кто знает ситуацию. До сих пор мнение многих также является основной причиной аварии, поскольку неисправна сама батарея. Японская аккумуляторная промышленность недавно предложила испытать листовой металл в батарее, что поставит под угрозу безопасность метода испытаний. Конкретные методы заключаются в том, что после намотки компонентов батареи вставляют листовой металл, под действием давления нагрузки, силы металла приводят к внутреннему короткому замыканию. Исследование в этом процессе, есть ли в батарее такие явления, как жар, дым и огонь. Это потому, что есть критики, «производственный процесс с кусками металла LIB будет внутренним предохранителем короткого замыкания, что в конечном итоге приведет к несчастным случаям».

Большинство аварий с аккумулятором из-за неправильного использования

Большинство производителей внедрили такой же базовый тест. Его представитель отвечает, гвоздями пробуя гвоздь батареи. Исходя из этого, примеси, такие как батарея из листового металла, вызывающая небольшое внутреннее короткое замыкание, через испытание на старение должны быть экранированы. Это означает, что у дефектных аккумуляторов низкая вероятность поступления товара на рынок. Аккумуляторная промышленность будет тестировать, фактически повторяя один и тот же тест, подозревая его необходимость.

Конечно, нет внутреннего короткого замыкания, даже когда они были построены в процессе использования, батарея также полностью возможно внутреннее короткое замыкание. Предположения при зарядке, электрод генерируется в металле формы дендрита, вызывая внутреннее короткое замыкание. Этот сбой вызван двумя основными причинами. Один из них - зарядка и разрядка, растворение легированного электродом металла в электролите, сильное осаждение.

Другой, находящийся внутри батареи, содержит воду на уровне сотен PPM (относительно доли от общего количества) электролита. После попадания воды в аккумуляторную батарею он может реагировать с поддерживающим электролитом LiPF6, производить фтористоводородную кислоту (HF) .HF кислоты, растворять положительный активный материал и собирать электричество при зарядке и разрядке, превращая этот материал в сильные осадки в виде металлических дендритов. LIB только что появился, также в сушильной камере, сухой зимой, по сравнению с высокими влажными летними продуктами зимних продуктов во всех аспектах производительности лучше, поэтому LIB чувствителен к влажности производственной среды.

Теперь в процессе производства аккумуляторов необходимо принять меры для полного удаления влаги. Например, для сушки различных материалов. Это самый важный шаг, для легкого поглощения влаги углеродного отрицательного электрода, используемого для сушки, электролита после дегидратации башни, удаления следов влаги. И производство, чтобы установить точку росы от 40 ℃ до 60 ~ - в сушильной камере. Чтобы быть в безопасности, после компонентов батареи, но также используйте вакуумную сушилку, чтобы снова высушить элемент.

Комплексная стратегия означает, что в производственном процессе, даже малейшая ошибка, может привести к тому, что элементы могут явиться причиной серьезных аварий. Производители LIB, следовательно, должны помнить, что в процессе производства аккумуляторов будет небольшой провал.

Тем не менее, независимо от того, как производители аккумуляторов в производственном процессе проявляют осторожность, повышают безопасность, пользователи не используются правильно, могут предотвратить возникновение аварии. Как указывает SNL и TIAX, по сравнению с дефектами самой батареи внешние факторы с гораздо большей вероятностью могут вызвать аварию.

Зарядка - враг аккумуляторной батареи

Как правильно использовать батарейки? Самое главное - избегать перезарядки. Следы зарядки также могут привести к задымлению и возгоранию. FUJITSUTECHNORESEARCH имеет, например, напряжение зарядки LIB 4,25 В и 4,30 В соответственно при испытании на экструзию и испытании на износ гвоздя (рисунок 1). В результате LIB аккумуляторов 4,25 В без проблем и LIB на 4,30 В появились дым и Пожар. Разница всего в 50 МВ, это может привести к крупной аварии.

Рисунок 1: батарея сгорает. Одна большая причина в том, что заряд

Напряжение зарядки (всего 50 МВ, происходит возгорание аккумулятора (а, б) (фото: FUJITSUTECHNORESEARCH)

Зарядка, приводящая к риску несчастного случая, существует не только в LIB, но и во всех вторичных батареях. Такая безопасность намного выше, чем LIB вторичной батареи Ni - Cd (никель-кадмий). Используя водный электролит, положительный и отрицательный соответственно с использованием соединений никеля (Ni) и кадмия (Cd). Элемента огня нет. Несмотря на это, аккумулятор по-прежнему подвержен риску зарядки.

Ni-Cd после полной зарядки аккумуляторной батареи анод будет производить кислород, а катод - водород. Как только гибридная форма кислорода и водородного газа объемное соотношение 1: 2 «детонирующий газ», чтобы удовлетворить определенные стимулы, легко взорваться.

Чтобы предотвратить это явление, за счет усовершенствования никель-кадмиевой вторичной батареи в катоде принято более чем необходимое количество соединений кадмия. Таким образом, в конце зарядки анод будет заранее заполнен и будет производить кислород, а отрицательный, не являющийся частью заряда, будет продолжать заряжаться. Положительный производящий кислород переходит в отрицательный, реагируя с отрицательным зарядом, чтобы полностью образовать металлический кадмий. После реакции металлического кадмия вернуть не заряженный статус. Это делает отрицательным, что всегда не заряжается часть, может поддерживать положительную связь с потреблением кислорода.

Этот метод кажется безопасным, но есть и недостаток. При низкой температуре скорость реакции низкая, кислород кадмий отрицательная кислородная реакция будет сдерживаться. Кислород и поглотить баланс, если он нарушен, катод достигнет полного состояния и будет генерировать газообразный водород, образуя таким образом детонирующий газ. Такая ситуация легко возникает при быстрой зарядке, например, при использовании большой токовой зарядки.

Зарядка чем опасна?

Для LIB последствия зарядки посерьезнее. Причина в том, что зарядка может вызвать две большие проблемы. Один из них - это более чем отрицательная емкость лития (теоретическая емкость, графит 372 мАч / г) лития превратится в металлический литий, осаждение на дендрите. Это может вызвать внутреннее короткое замыкание.

Другой - положительный, производит высокоактивный кислород. Если кислород и электролит в LIB, соединениях лития и углерода, а именно реакция окисления, может привести к лихорадке и возгоранию.

Здесь, на изображении анодного материала из кобальто-кислого лития (LiCoO2) в качестве примера, чтобы объяснить это подробно, структура LiCoO2 вставлена между слоем оксида лития-кобальта (CoO2). Зарядка литием от анода к катоду. После лития из «пустого дома» (разрыв) увеличится. Кобальт (Ко) войдет в заселенный «пустой дом». Что касается заряда, чем больше «пустой дом» или чем выше температура, кобальт легко перемещается. Кобальт лития перемещается один раз, прежде чем кислород кобальта и CoO2 теряет партнера, также от анода.

Кислород находится в атомарном состоянии, существует только «возникающий кислород», реакционная способность очень высока, реагировать с любым материалом легко отметить 1). LIB содержит легко окисляемые соединения электролита, лития и углерода, эти вещества будут соединяться с кислородом, вызывают жар и загореться.

Примечание 1) кислород в воздухе образуется комбинацией атомов кислорода (02) (ключи), полная, реакционная способность не сильная. При сильной реактивности существо при дыхании, легкое может реагировать с кислородом и обжечься, не в состоянии выжить. Надо сказать, что кислород не обладает высокой реакционной способностью.

«Возникающий кислород» при условии, как его производить? Мы Li1 - xCoO2 x в качестве параметров качества, используя метод термического анализа для определения качества изменения при изменении температуры, изучили соответствующие условия (рисунок 2). Согласно результатам x, чем больше график зарядки, тем Чем больше качество начало снижаться, тем ниже температура тем больше снижение. Показатель качества для снижения содержания кислорода - это очистка. И мы также обнаружили, что чем больше график заряда (x), тем больше отгонки кислорода, тем ниже температура отгонки кислорода. То есть, чтобы подавить зарождающееся состояние кислорода, необходимо, чтобы напряжение не превышало предписанного под напряжением зарядки (избегать зарядки), аккумулятор не нагревается 2). Для выполнения этих условий сборочные предприятия Пользователи LIB должны быть осторожны.

Примечание 2) при синтезе LiCoO2 добавление алюминия (Al) и магния (Mg) также является эффективным средством подавления образующегося кислорода. К этим веществам добавляется кислород, температура отгонки будет повышаться, до определенной степени может содержать реакцию отгонки.

Рисунок 2: чем больше график заряда, тем меньше качество анода

Разница в Li1 - xCoO2 x говорит об изменении качества анода. Чем больше x, тем выше указанный график зарядки. Как кислородная очистка, качество анода.

Быстрая зарядка - причина зарядки

Легко случается, что в ситуации зарядки есть два основных типа: быстрая зарядка, несбалансированный аккумуляторный блок. Сначала увидел быструю зарядку.

Для LIB рекомендуется использовать зарядку при постоянном токе / постоянном напряжении (CC / CV: постоянный ток / постоянное напряжение). Это первая зарядка при постоянном электрическом заряде (CC), после достижения заданного напряжения переключитесь на зарядку при постоянном напряжении ( CV) метод (рисунок 3). Обычно LIB, в начале зарядки, напряжение зарядки 4,2 В, ток для 1 с, примечание 3) .Поскольку ток составляет 1 с, теоретически через час напряжение на клеммах будет достигать 4,2 В. Но напряжение заряда между клеммами напряжения и называется «избыточным давлением» * отклонением. Следовательно, когда напряжение зарядки составляет 4,2 В, фактическое напряжение ниже 4,2 В.

Примечание 3) заряд при 1 c относится к текущей теории, может быть полностью заряжен за 1 час. Емкость аккумулятора составляет 2000 мАч, от 1 c до 2000 мА. 5 c зарядка 5 раз 1 c, это зарядный ток 10000 мА.

* перенапряжение = реакция электрода, когда электрический ток, потенциал электрода отклоняется от равновесного потенциала. Это смещение называется перенапряжением. Например, в электролизере напряжение нагрузки не выше теоретического, электролитический произойдет. Для батареи фактическое напряжение батареи ниже, чем определено комбинацией анода, электролита и катода в теории напряжения.

Рисунок 3: зарядка постоянным током / постоянным напряжением (CC / CV)

LIB мы рекомендуем начинать с зарядки постоянным током, после достижения напряжения регулирования переключиться на зарядку постоянного напряжения CC / CV.

То есть, когда напряжение зарядки составляет 4,2 В, аккумулятор не заряжен, объем зарядки составляет всего 70 ~ 80%. Если вы хотите продолжить, хотите переключиться на зарядку CV, в то же время поддерживая зарядку. Напряжение 4,2 В, медленно добавляйте оставшиеся 20 ~ 30%. В CV при зарядке, однако, ток будет сужен, если сократить время зарядки, расширить CC значения зарядного тока, отклонение перенапряжения увеличится, сделайте напряжение зарядки 4,2 В. Полная зарядка аккумулятора может занять больше времени.

Если нужно заполнить только 70 ~ 80% батареи, через большой ток в CC при зарядке, быстрая зарядка, 20 ~ 30 минут для завершения. Однако использовать CC для получения почти 100% электроэнергии нецелесообразно. Поскольку потребность в этом напряжении выше, чем предписанное напряжение 4,2 В, будет сформировано уравнение «быстрая зарядка = заряд».

Установите схему защиты от дисбаланса блока срабатывания

В последнее время есть своего рода размышления: даже если напряжение зарядки превышает предписанное напряжение, при использовании метода импульсной зарядки с помощью прерывания тока, заряд не будет. Но время паузы импульсной зарядки означает, что импульсный ток больше, чем непрерывный зарядный ток. Хотя быстрая зарядка, но должна быть загружена выше указанного значения напряжения, все же может вызвать зарядку. Вы меня правильно поняли.

Еще одним фактором зарядки является дисбаланс между характеристиками аккумуляторных элементов. Следующий простой аккумуляторный блок с двумя последовательно соединенными ячейками и становится, например.

Предполагая, что серьезное ухудшение двух блоков, несбалансированность емкости Если в этом состоянии для двух зарядных блоков, единица ухудшения емкости достигнет полного состояния раньше времени. Допустим, напряжение 4,2 В, на другой стороне 3,8 В. В это время в 2 раза больше зарядного напряжения 4,2 В, 8,4 В по несложному расчету, в конце зарядки единица напряжения 4,4 В. , другой - 4,0 В. Устройство 4,4 В. очевидно в состоянии зарядки.

Избегайте дисбаланса метода зарядки, во внешней схеме защиты устанавливается напряжение зарядки в блоке прекращения заряда 4,2 В. Однако, если количество единиц, способ, которым вам нужно настроить много полевых транзисторов, используемых для контроля напряжения, стоимость не рентабельно.

Подсчет степени окисления материала

Такие устройства, как не полагаются на схему защиты, сделать сам аккумулятор может предотвратить зарядку материала, не остановили этапы разработки. Хотя это не было реализовано на практике, но, как представитель этого типа материала, предпочтение было отдано восстановлению окисления для перспективы материала. Механизм действия материала объяснить несложно, получили никель-кадмиевые вторичные батареи и никель-металлогидридные вторичные батареи.

О проблеме зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов уже было сказано, что при полной зарядке анод будет производить кислород, а производство кислорода будет отрицательным. Другими словами, производство (окисление) кислорода при анодном расходе (восстановлении) положительно, процесс занимает много времени. При зарядке аккумулятор в следующем состоянии шлейфа.

То есть до тех пор, пока образование такой циркуляции может не производить зарядку аккумулятора. Это называется РЕДОКС-реакцией. Редокс (Redox), включая НДС (восстановление) и кислород (окисление) в два этапа.

LIB не может любить никель-кадмиевые вторичные батареи, напрямую выполняет функцию РЕДОКС. Это связано с тем, что если вы не контролируете напряжение во время зарядки, положительный элемент Li + (литий-ионный) будет постоянно доставляться на катод. Реакция LIB REDOX должна быть оснащена функцией материала. Это стало проблемой, с которой разработчики батарей сталкивались в течение многих лет.

Принятые REDOX функциональные блоки аккумуляторной батареи могут решить проблему несбалансированных ячеек (рисунок 4). Когда конкретный блок с ранним, REDOX начнет функционировать, блок перезарядки электрода остановится. Но не все остальные блоки функции РЕДОКС не запускаются, чтобы продолжить их заряд.

Рисунок 4: с помощью REDOX можно решить неравномерное напряжение на материале

Прошлое в несбалансированном состоянии устройства перестает заряжать аккумулятор (а), с помощью аккумуляторного блока REDOX можно сделать все элементы материалов для достижения одинакового напряжения (b). Согласно 3-метровым изображениям на бумаге.

Лаборатория автора около 25 лет назад пыталась разработать восстановление перекиси на материале. Мы пытались использовать материал только в очень небольшом электрическом потоке, РЕДОКС-реакция, не справляющаяся с обычным зарядным током.

В последние годы, наряду с развитием технологии моделирования, у людей появилось определенное понимание того, что произойдет со структурой составной РЕДОКС-реакции. В 2008 году компания США 3 м разработала под напряжением 3,9 В работу по восстановлению окисления на материале, сделав практическую работу в реальном цвете (рисунок 5). Теперь работа с материалом 4,2 В также находится в исследовании, если она эффективна, должны применяться для использования в обычных батареях LIB LiCoO2.

Рисунок 5: работа при 3,9 В 3 м компании по восстановлению окисления на материале

Благодаря многократному предотвращению перезарядки REDOX REDOX реакция материалов - это новое поколение аккумуляторных батарей, на которое большое внимание уделяется. 3-метровая компания разработала работу при напряжении 3,9 В. Согласно 3-метровым изображениям, сделанным из бумаги.

Кроме того, ведется разработка огнестойкого электролита. Добавление антипиренов серьезно повлияет на характеристики батареи, в результате многие идеи, касающиеся огнестойкого электролита, трудно претворить в жизнь. В последнее время успешно развивается температура расплавленного солевого электролита (ионной жидкости). Электролит имеет характеристики слабого пара, негорючий. Хотя утверждалось, что несовершенная ионная проводимость и другие свойства ионных жидкостей не могут избежать горения, в настоящее время еще не достигли практического уровня, но на будущее развитие автор полон ожиданий.

Страница содержит содержимое машинного перевода.