Неужели нет способа решить проблему безопасности литиевой батареи?

В последние годы взрыв горящих аккумуляторов мобильных телефонов и ноутбуков не может привлекать внимание. Недавние новости завода - возгорание электромобиля и возгорание литиевого электричества. А недавний крупномасштабный взрыв батареи Samsung Galaxy Note7 снова поставит проблему безопасности литий-ионных батарей в центр внимания, как никогда раньше.

В дополнение к использованию внешних факторов, литий-ионная батарея питания зависит в основном от основ электрохимической системы и безопасности конструкции электрода / батарей, внутренних факторов, таких как дизайн и производственный процесс, батареи, используемые в электрохимической системе, являются наиболее фундаментальными. коэффициент безопасности батареи. Автор здесь будет с разных сторон анализировать безопасность литий-ионного аккумулятора.

Термодинамическая точка зрения: исследования подтвердили, что не только в аноде, поверхность материалов анода также покрыта слоем тонкой пассивирующей мембраны, покрывающей положительную пассивирующую мембрану анода на поверхности аспектов характеристик литий-ионной батареи. быть очень важным воздействием, и особые проблемы интерфейса существуют только в неводной системе с органическими электролитическими жидкостями. Я хочу здесь подчеркнуть, что угол уровня Ферми с точки зрения существующей системы литий-ионного аккумулятора нестабилен в термодинамике, он способен стабильно работать из-за положительной и отрицательной поверхностной пассивирующей пленки на кинетике изолированного от анод и электролит - дальнейшая реакция.

Таким образом, безопасность литиевого электричества и целостности катодной поверхности пассивирующей мембраны напрямую связана со степенью плотности, поэтому понимание проблем безопасности литиевого электричества будет иметь решающее значение.

Электромобиль

Точка зрения теплопередачи: небезопасное поведение литий-ионной батареи (включая перезарядку батареи, быструю зарядку и разрядку, короткое замыкание, механические условия и высокотемпературный тепловой удар и т. Д. И т. Д.), Легко срабатывает внутренняя батарея риск побочных эффектов и выделения тепла, прямое разрушение катода и пассивирующей мембраны анодной поверхности.

Когда температура элемента повышается до 130 ℃, пленка SEI на поверхности анода разложения, литий приводит к высокоактивному углеродному отрицательному, подвергающемуся серьезной реакции восстановления окисления в электролите, тепло, выделяемое батареей высокого риска, в состояние. Когда внутренняя температура батареи до 200 ℃ выше, разложение анода выделения кислорода мембраны пассивирования поверхности анода, и продолжается бурная реакция электролита, чтобы произвести много тепла и сформировать высокое внутреннее давление. Когда температура батареи выше 240 ℃, также с литиево-углеродным анодом с интенсивной экзотермической реакцией связующего.

Видно, что повреждение катодной поверхности пленки SEI приводит к высокоактивному аноду с интеркалированным Li и сильно экзотермической реакции электролита, температура батареи является прямой причиной теплового разгона батареи. И разложение материала анода экзотермической просто термической неуправляемой реакцией одно из звеньев, даже не самый главный фактор.

Литий-фосфат железа (LFP) структура очень стабильна, условия термического разложения обычно не происходят, но другие опасные побочные эффекты все еще существуют в батарее LFP, поэтому батареи LFP в «безопасности» имеют относительный смысл. Из приведенного выше анализа видно значение контроля температуры для электробезопасности лития. По сравнению с маленькой батареей 3 c, большой батареей мощности, потому что структура ячеек, режим работы и окружающая среда различные факторы приводят к более сложному рассеиванию тепла, поэтому система большой мощности батареи очень важна для дизайна терморегулирования.

Воспламеняемость материалов электродов: электричество лития, использующее органические растворители, легко воспламеняется, а температура вспышки слишком низкая, приводит к небезопасному поведению при тепловом разгоне, легко воспламеняется низкая температура воспламенения легковоспламеняющихся жидких компонентов и вызывает горение аккумулятора. Углеродные материалы анода литий-ионной батареи, диафрагма и проводящий углерод анода также обладают воспламеняемостью.

Литиевое электричество вероятность возгорания выше, чем риск взрыва батареи, но батарея должна сопровождаться горящим взрывом. Кроме того, при растрескивании батареи и внешней среде с высокой влажностью воздуха, воды и кислорода в воздухе очень легко с встроенным углеродным отрицательным электродом из лития тяжелые химические реакции выделяют большое количество тепла и вызывают горение батареи. Воспламеняемость материала электрода - это ионно-литиевый аккумулятор по сравнению с одним из самых больших различий между дренажными аккумуляторами.

Проблема, связанная с перезарядкой металлического лития: любой вид коммерциализации вторичной батареи, необходимы эффективные меры по предотвращению перезарядки, чтобы обеспечить полную зарядку батареи и избежать неправильной проблемы с безопасностью перезарядки. Литиевый электрический заряд приведет ко многим серьезным последствиям, таким как повреждение кристаллической структуры материала анода и ухудшение жизненных циклов, усугубление электролита на поверхности анода, окисление и тепловой разгон, литиевый и отрицательный анализ и вызовут проблемы безопасности, такие как короткое замыкание / тепловой разгон.

Таким образом, предотвращение перезарядки чрезвычайно важно для безопасности использования литиевого электричества. С дренажной вторичной батареей контролируйте напряжение зарядки литий-ионной батареи, предотвращая меры защиты от перезарядки. В основном это происходит из-за материалов анода в литиево-ионном аккумуляторе, напряжение зарядки полностью меняет состояние лития ближе к концу причины, и трудно определить полную степень процесса зарядки графитового анода (из-за его встроенного литиевого потенциала, очень близкого к металлическому литию), чтобы обойти трудности контроля катодного напряжения, обычно используется конструкция предельной емкости литий-ионных аккумуляторов.

Конечно, предел другой главной роли - обеспечение достаточной дополнительной емкости катода и предотвращение отрицательного лития. Однако есть три вещи, которые изменят отрицательную избыточную мощность:

Скорость затухания графитового анода выше, чем емкость анодного материала, это было подтверждено в системе почти во всех комбинациях анодных материалов.

Из-за нецелесообразной конструкции электрода или при условии неправильного использования, такого как высокое соотношение, низкая температура, перезаряд и т. Д.), Вызванные отрицательным локальным анализом лития.

Электролит и побочные эффекты, вызванные отрицательным зарядом, степень примеси увеличивается, постепенно теряют лишнюю емкость хранения лития.

Возникновение любого из этих условий приведет к катоду, и, как следует из анализа, недостаток лития, литиевой емкости для хранения и металлического лития является основным виновником проблем с литиевой электробезопасностью. Эти проблемы с аккумулятором большой емкости более серьезны, даже BMS не может принципиально решить эти проблемы.

Здесь автор должен подчеркнуть, что вышеупомянутые три фактора станут более заметными с аккумулятором, то есть проблемы безопасности старых аккумуляторов будут более серьезными, чем новых аккумуляторов, и эта проблема не вызвала достаточного внимания.

Почти два года для обсуждения очень горячей темы - это "градиентное развитие" аккумуляторной батареи, когда срок службы аккумуляторной батареи (теоретически, но также и оставшиеся 70% емкости) будет достигнут для повторного использования и использования в целях хранения энергии. Отправная точка идеи хороша, но, учитывая скрытую опасность для безопасности, старые батареи, а также нынешнюю большую часть статус-кво обычно некачественного производителя батарей питания, я лично не думаю, что разработка градиента батареи питания имеет практическое значение. работоспособность в короткие сроки.

Фактически, мы также можем с другого ракурса сравнить дренажную вторичную батарею и проблемы безопасности литиевого электричества. Вся аккумуляторная батарея, как водная, так и органическая система вторичной аккумуляторной батареи, безопасность зарядки основана на предельной емкости (отрицательная избыточная емкость), основанной на основных принципах.

Исчезнет, если это предположение, следствием перезарядки является разрядка вторичной аккумуляторной батареи, являющейся катодом для литий-ионной батареи. Однако различные виды дренажных вторичных батарей, использующих водный электролит, имеют уникальную природу, то есть вода может разлагаться на водород и кислород во время перезарядки, а водород и кислород могут образовываться или композитный катализатор на поверхности композита на электродной воде, поэтому он Нетрудно понять, что при разряжении аккумуляторной батареи широко используется принцип «кислородного цикла» для реализации защиты от перезарядки.

В литий-ионной батарее анод один раз выделяет металлический литий с высокой реакционной способностью, при этом металлический литий не удаляется и вызывает проблемы с безопасностью внутри батареи. Несмотря на то, что из-за напряжения пробоя вторичной батареи дренажа его ограничивает дальнейшее улучшение плотности энергии, но не забывайте, что вторичная батарея дренажа также обеспечивает почти идеальное и незаменимое решение для предотвращения перезарядки.

По сравнению с ионно-литиевыми батареями и дренажем из этой вторичной батареи Angle, литиевое электричество с использованием органического электролита не имеет характеристик обратимого разложения и восстановления, и когда-то производство высокореактивного металлического лития не может быть устранено. Так что в некотором смысле литий-ионный аккумулятор по вопросам безопасности - не решение!

Некоторые технические меры всестороннего применения, такие как технология терморегулирования (PTC), керамическое покрытие поверхности катода и добавки для защиты от перезаряда, чувствительная к напряжению диафрагма и огнестойкий электролит могут эффективно повысить безопасность литиевого электричества, но эти меры могут ' t принципиально решить проблему безопасности литиевого электричества, потому что литиевое электричество в термодинамической системе нестабильно. С другой стороны, эти меры не только увеличивают стоимость, но и снижают удельную энергию аккумулятора.

Если мы рассмотрим вышеперечисленные факторы, то поймем, что литиевая «безопасность» электричества является относительным смыслом. Попросите читателей заметить, что обычные батареи, такие как щелочные марганцевые, свинцовые и никель-металлогидридные батареи, потребители могут покупать прямо в магазине с чистым сердечником, за исключением литий-ионных батарей.

В соответствии с правилами литиевой электроэнергетики, производитель аккумуляторов уполномоченной компании Pack будет продавать только свои аккумуляторы, опять же, Pack, батареи и плата защиты аккумуляторов, заключенные в упаковку, продаваемую производителям электроприборов, а не потребителям, и аккумуляторный блок должен соответствовать. со специальным зарядным устройством, используемым в строгом соответствии с положениями метода. Логика, лежащая в основе этой конкретной бизнес-модели, в основном основана на соображениях безопасности литиевого электричества.

Прежде чем "мечта" Boeing 787 потрясла промышленность литиевых батарей пожаров, а также недавний SamsungGalaxyNote7 широкий спектр взрыва батареи, для безопасности литий-ионной батареи проблема еще раз забили тревогу.

По сравнению с Samsung, Apple была относительно консервативна в отношении батареи, емкость батареи и максимальное напряжение заряда ниже, чем у Samsung. И в свете высокого напряжения 4,4 В GalaxyNote7 LCO, Apple в недавно выпущенном I - phone 7 нового поколения все еще ИСПОЛЬЗУЕТ с серией I - 4.35 VLCO Phone6 из того же материала положительного электрода.

Apple прилагает все усилия, чтобы принять частичную консервативную надежную стратегию, я лично считаю, что она в основном основана на соображениях безопасности, Apple предпочла бы пожертвовать небольшой емкостью батареи и плотностью энергии для обеспечения безопасности. Поскольку, согласно сообщениям СМИ, массовый отзыв Samsung GalaxyNote7, прямой экономический ущерб может достигать 2 миллиардов долларов, косвенная потеря стоимости бренда будет неизмеримой.

Здесь автору необходимо подчеркнуть, что BMS не может решить проблему безопасности литий-ионной аккумуляторной батареи, которая определяется основным принципом работы BMS. Безопасность силовой аккумуляторной системы в основном зависит от мономерных батарей, и проблемы безопасности большой силовой аккумуляторной батареи будут еще более серьезными. В последние годы в отечественной литиевой электроэнергетике говорят, что литий-ионная батарея заменяет другие вторичные батареи. Что касается точки зрения безопасности, этот аргумент абсурден.

Страница содержит содержимое машинного перевода.