ایمنی و محلول باتری لیتیومی

ایمنی و محلول باتری لیتیومی

با رواج تلفن های همراه، محصولات دیجیتال و وسایل نقلیه الکتریکی، باتری های لیتیوم یون نقش مهمی را در زندگی مردم ایفا می کنند. مشکلات استفاده مانند چگالی انرژی کم و عمر چرخه محدود اغلب مورد انتقاد قرار می گیرند. با این حال، در مقایسه با این مشکلات، ایمنی باتری‌های لیتیومی کانون توجه است.

در سال‌های اخیر، تصادفات ناشی از مسائل ایمنی باتری‌ها فراوان است و پیامدهای بسیاری از مشکلات تکان‌دهنده است، مانند حادثه آتش‌سوزی باتری لیتیومی بوئینگ ۷۸۷ دریم لاینر که صنعت را شوکه کرد و حادثه آتش‌سوزی و انفجار باتری در مقیاس بزرگ. در Samsung Galaxy Note 7. ایمنی باتری های لیتیوم یونی بار دیگر زنگ خطر را به صدا درآورد.

ترکیب و اصل کار یک باتری لیتیوم یونی

باتری های لیتیوم یون عمدتاً از الکترود مثبت، الکترود منفی، الکترولیت، جداکننده، اتصال خارجی و اجزای بسته بندی تشکیل شده اند. از این میان، الکترود مثبت و الکترود منفی حاوی مواد الکترود فعال، عوامل رسانا، بایندرها و غیره هستند که به طور یکنواخت روی فویل مسی و کلکتورهای جریان فویل آلومینیومی پوشانده می شوند.

پتانسیل الکترود مثبت باتری های لیتیوم یون نسبتاً زیاد است، اغلب اکسیدهای فلزات واسطه با لیتیوم یا ترکیبات پلی آنیونی مانند لیتیوم کبالتات، لیتیوم منگنات، سه تایی، فسفات آهن لیتیوم و غیره است. مواد منفی باتری لیتیوم یون معمولاً مواد کربنی هستند، مانند گرافیت و کربن غیر گرافیتی. الکترولیت باتری یون لیتیوم عمدتاً محلول غیر آبی است که از حلال مخلوط آلی و نمک لیتیوم تشکیل شده است، حلال عمدتاً حلال آلی مانند اسید کربنیک است و نمک لیتیوم عمدتاً نمک لیتیوم پلی آنیونی تک ظرفیتی مانند لیتیوم هگزا فلوروفسفات و غیره است. جداکننده های باتری لیتیوم یونی عمدتاً غشاهای ریز متخلخل پلی اتیلن و پلی پروپیلن هستند که مواد مثبت و منفی را جدا می کنند و از اتصال کوتاه ناشی از عبور الکترون ها جلوگیری می کنند و به یون های موجود در الکترولیت اجازه عبور می دهند.

در طی فرآیند شارژ، در داخل باتری، لیتیوم از الکترود مثبت به شکل یون استخراج می شود، توسط الکترولیت از طریق دیافراگم منتقل می شود و در الکترود منفی جاسازی می شود. در خارج از باتری، الکترون ها از مدار خارجی به الکترود منفی مهاجرت می کنند. در فرآیند تخلیه: یون های لیتیوم داخل باتری از الکترود منفی استخراج می شوند، از دیافراگم عبور می کنند و در الکترود مثبت جاسازی می شوند. در خارج از باتری، الکترون ها از مدار خارجی به الکترود مثبت مهاجرت می کنند. با شارژ و دشارژ،"یون لیتیوم" که به جای عنصر"لیتیوم"؛ بین باتری ها مهاجرت می کند، بنابراین باتری" باتری یون لیتیوم" نامیده می شود.

دوم، خطرات ایمنی باتری های لیتیوم یونی

به طور کلی، مشکلات ایمنی باتری های لیتیوم یونی خود را به صورت سوختن یا حتی انفجار نشان می دهد. علت اصلی این مشکلات فرار حرارتی داخل باتری است. علاوه بر این، برخی از عوامل خارجی مانند شارژ بیش از حد، آتش سوزی، فشردگی، سوراخ شدن و اتصال کوتاه سایر مسائل نیز می توانند منجر به مشکلات امنیتی شوند. باتری های لیتیوم یونی در هنگام شارژ و دشارژ گرما تولید می کنند. اگر گرمای تولید شده از ظرفیت اتلاف حرارت باتری بیشتر شود، باتری لیتیوم یون بیش از حد گرم می شود و مواد باتری فیلم SEI، تجزیه الکترولیت، تجزیه الکترود مثبت، الکترود منفی و واکنش های جانبی مخرب مانند واکنش الکترولیت و الکترولیت را تجزیه می کند. واکنش الکترود منفی و بایندر.

1 خطرات ایمنی مواد کاتدی

هنگامی که باتری لیتیوم یون به درستی استفاده نمی شود، دمای داخلی باتری افزایش می یابد و ماده فعال ماده الکترود مثبت تجزیه می شود و الکترولیت اکسید می شود. در عین حال، این دو واکنش می توانند گرمای زیادی ایجاد کنند و باعث افزایش بیشتر دمای باتری شوند. حالت های جداسازی مختلف اثرات بسیار متفاوتی بر تبدیل شبکه ای ماده فعال، دمای تجزیه و پایداری حرارتی باتری دارند.

2 خطرات ایمنی مواد آند

ماده الکترود منفی مورد استفاده در روزهای اولیه لیتیوم فلزی بود و باتری مونتاژ شده مستعد تولید دندریت های لیتیومی پس از شارژ و دشارژ مکرر بود که سپس دیافراگم را سوراخ می کرد و باعث اتصال کوتاه، نشت و حتی انفجار باتری می شد. ترکیبات ترکیبی لیتیوم می توانند به طور موثری از تولید دندریت های لیتیوم جلوگیری کنند و ایمنی باتری های لیتیوم یون را تا حد زیادی بهبود بخشند. با افزایش دما، الکترود کربن منفی در حالت درونی لیتیوم ابتدا به صورت گرمازا با الکترولیت واکنش می دهد. تحت شرایط شارژ و دشارژ یکسان، سرعت انتشار حرارت واکنش بین الکترولیت و گرافیت مصنوعی با لیتیوم بسیار بیشتر از واکنش با میکروسفرهای کربن مزوفاز با لیتیوم، الیاف کربن، کک و غیره است.

3 خطرات ایمنی دیافراگم و الکترولیت

الکترولیت باتری لیتیوم یونی محلول مخلوط نمک لیتیوم و حلال آلی است. نمک لیتیوم تجاری لیتیوم هگزا فلوروفسفات است. پایداری حرارتی الکترولیت حلال آلی الکترولیت کربنات است که نقطه جوش و نقطه اشتعال پایینی دارد و به راحتی با نمک لیتیوم واکنش داده و PF5 در دمای بالا آزاد می شود و به راحتی اکسید می شود.

4 خطرات ایمنی پنهان در فرآیند تولید

در طول فرآیند تولید باتری‌های لیتیوم یونی، فرآیندهایی مانند ساخت الکترود و مونتاژ باتری بر ایمنی باتری تأثیر می‌گذارند. کنترل کیفیت فرآیندهای مختلف مانند اختلاط الکترودهای مثبت و منفی، پوشش، نورد، برش یا پانچ، مونتاژ، پر کردن الکترولیت، آب بندی و شکل دهی همگی بر عملکرد و ایمنی باتری تأثیر می گذارند. یکنواختی دوغاب یکنواختی توزیع مواد فعال روی الکترود را تعیین می کند و در نتیجه بر ایمنی باتری تأثیر می گذارد. اگر ظرافت دوغاب بیش از حد بزرگ باشد، مواد الکترود منفی در طول شارژ و تخلیه دچار تغییرات نسبتاً بزرگی می شود و ممکن است رسوب لیتیوم فلزی رخ دهد. اگر ظرافت دوغاب خیلی کم باشد، مقاومت داخلی باتری بسیار زیاد خواهد بود. اگر دمای حرارت دادن پوشش خیلی کم باشد یا زمان خشک شدن کافی نباشد، حلال باقی می‌ماند و بایندر تا حدی حل می‌شود و باعث می‌شود برخی از مواد فعال به راحتی کنده شوند. دمای بیش از حد بالا ممکن است باعث کربنیزه شدن بایندر شود و مواد فعال ممکن است از بین بروند و باعث اتصال کوتاه داخلی در باتری شوند.

5 خطر احتمالی ایمنی در هنگام استفاده از باتری

باتری های لیتیوم یونی باید شارژ یا تخلیه بیش از حد را در حین استفاده به حداقل برسانند. به خصوص برای باتری‌هایی با ظرفیت مونومر بالا، اختلال حرارتی ممکن است باعث ایجاد یک سری واکنش‌های جانبی گرمازا شود که منجر به مشکلات ایمنی می‌شود.

سه نشانگر تست ایمنی باتری لیتیوم یون

پس از تولید باتری لیتیوم یونی، قبل از اینکه به دست مصرف کننده برسد، یک سری آزمایشات لازم است تا از ایمنی باتری تا حد امکان اطمینان حاصل شود و خطرات احتمالی ایمنی کاهش یابد.

1. تست فشار: باتری کاملا شارژ شده را روی یک سطح صاف قرار دهید، فشار 13±1KN را توسط یک سیلندر هیدرولیک وارد کنید و باتری را از سطح صاف یک میله فولادی به قطر 32 میلی متر فشار دهید. هنگامی که فشار فشار به حداکثر توقف فشردن رسید، باتری آتش نمی گیرد، فقط' منفجر نشود.

2. تست ضربه: پس از شارژ کامل باتری، آن را روی یک سطح صاف قرار دهید، یک ستون فولادی به قطر 15.8 میلی متر را به صورت عمودی در مرکز باتری قرار دهید و وزن 9.1 کیلوگرمی را آزادانه از ارتفاع 610 میلی متری روی آن رها کنید. ستون فولادی بالای باتری باتری آتش نمی گیرد و منفجر نمی شود.

3. تست شارژ بیش از حد: باتری را به طور کامل با 1C شارژ کنید و با توجه به شارژ بیش از حد 3C 10 ولت تست شارژ بیش از حد را انجام دهید. هنگامی که باتری بیش از حد شارژ می شود، ولتاژ به یک ولتاژ معین افزایش می یابد و برای یک دوره زمانی ثابت می شود. هنگامی که به یک دوره زمانی مشخص نزدیک می شود، ولتاژ باتری به سرعت افزایش می یابد. هنگامی که به حد معینی رسید، درپوش بالایی باتری کشیده می شود، ولتاژ به 0 ولت کاهش می یابد و باتری آتش نمی گیرد یا منفجر نمی شود.

4. تست اتصال کوتاه: پس از شارژ کامل باتری، الکترودهای مثبت و منفی باتری با یک سیم با مقاومت حداکثر 50mΩ اتصال کوتاه شده و دمای سطح باتری تست می شود. حداکثر دمای سطح باتری 140 درجه سانتیگراد است. درب باتری باز می شود و باتری آتش نمی گیرد یا منفجر نمی شود. .

5. تست طب سوزنی: باتری کاملا شارژ شده را روی یک سطح صاف قرار دهید و باتری را در جهت شعاعی با یک سوزن فولادی به قطر 3 میلی متر سوراخ کنید. باتری آزمایشی آتش نمی گیرد و منفجر نمی شود.

6. تست چرخه دما: تست چرخه دمای باتری لیتیوم یونی برای شبیه سازی ایمنی باتری لیتیوم یونی در هنگام قرار گرفتن مکرر در معرض دمای پایین و محیط دمای بالا در طول حمل و نقل یا ذخیره سازی استفاده می شود. این آزمایش برای استفاده از تغییرات دمایی سریع و شدید است. پس از آزمایش، نمونه نباید آتش بگیرد، منفجر شود یا نشت کند.

چهار راه حل ایمنی باتری لیتیوم یون

با توجه به خطرات پنهان بسیاری از باتری‌های لیتیوم یونی در مواد، فرآیند ساخت و استفاده، نحوه بهبود قطعاتی که مستعد مشکلات ایمنی هستند، مشکلی است که سازندگان باتری‌های لیتیوم یونی باید آن را حل کنند.

1 ایمنی الکترولیت را افزایش دهید

فعالیت واکنشی بالایی بین الکترولیت و الکترودهای مثبت و منفی به خصوص در دماهای بالا وجود دارد. به منظور بهبود ایمنی باتری، بهبود ایمنی الکترولیت یکی از روش های موثرتر است. خطرات بالقوه ایمنی الکترولیت را می توان با افزودن افزودنی های کاربردی، استفاده از نمک های لیتیوم جدید و استفاده از حلال های جدید به طور موثر حل کرد.

با توجه به عملکردهای مختلف افزودنی‌ها، می‌توان آنها را به دسته‌های زیر تقسیم کرد: افزودنی‌های حفاظت ایمنی، افزودنی‌های تشکیل‌دهنده فیلم، افزودنی‌های حفاظت الکترود مثبت، افزودنی‌های نمک لیتیوم تثبیت‌کننده، افزودنی‌های تقویت‌کننده رسوب لیتیوم، افزودنی‌های ضد خوردگی کلکتور جریان، و افزودنی‌های افزایش‌دهنده ترشوندگی .

به منظور بهبود عملکرد نمک‌های لیتیوم تجاری، محققان اتم‌هایی را روی آن‌ها جایگزین کرده و مشتقات زیادی به دست آورده‌اند. در این میان، ترکیباتی که با جایگزینی اتم‌ها با گروه‌های پرفلوئوروآلکیل به‌دست می‌آیند، دارای مزایای زیادی مانند نقطه اشتعال بالا، رسانایی مشابه و افزایش مقاومت در برابر آب هستند. ، نوعی ترکیب نمک لیتیوم با چشم انداز کاربردی عالی است. علاوه بر این، نمک لیتیوم آنیونی به دست آمده از کیل کردن اتم بور با لیگاند اکسیژن، پایداری حرارتی بالایی دارد.

در مورد حلال ها، بسیاری از محققین مجموعه ای از حلال های آلی جدید مانند استرهای کربوکسیلیک اسید و اترهای آلی را پیشنهاد کرده اند. علاوه بر این، مایعات یونی همچنین دارای دسته ای از الکترولیت ها با ایمنی بالا هستند، اما الکترولیت های مبتنی بر کربنات نسبتاً رایج مورد استفاده قرار می گیرند. ویسکوزیته مایعات یونی مرتباً بالاتر است و ضریب هدایت و خود انتشار یونی پایین است. هنوز کار زیادی قبل از عملی شدن وجود دارد. انجام دادن.

2 بهبود ایمنی مواد الکترود

فسفات آهن لیتیوم و مواد کامپوزیت سه تایی به عنوان مواد کم هزینه در نظر گرفته می شوند،"ایمنی عالی" مواد کاتدی، و ممکن است در صنعت خودروهای الکتریکی رایج شود. برای مواد الکترود مثبت، روش رایج برای بهبود ایمنی آن اصلاح پوشش است. به عنوان مثال، پوشش سطح ماده الکترود مثبت با یک اکسید فلزی می تواند از تماس مستقیم بین ماده الکترود مثبت و الکترولیت جلوگیری کند، از تغییر فاز ماده الکترود مثبت جلوگیری کند و پایداری ساختاری آن را بهبود بخشد و اختلالات کاتیون ها را کاهش می دهد. شبکه کریستالی برای کاهش تولید گرما توسط واکنش های جانبی.

برای مواد الکترود منفی، از آنجا که سطح اغلب مستعد تجزیه ترموشیمیایی و تولید گرما در باتری لیتیوم یونی است، بهبود پایداری حرارتی فیلم SEI یک روش کلیدی برای بهبود ایمنی مواد الکترود منفی است. از طریق اکسیداسیون ضعیف، رسوب اکسید فلز و فلز، پوشش پلیمری یا کربنی، می توان پایداری حرارتی مواد الکترود منفی را بهبود بخشید.

3 طراحی حفاظت ایمنی باتری بهبود یافته است

علاوه بر بهبود ایمنی مواد باتری، باتری‌های لیتیوم یون تجاری بسیاری از اقدامات حفاظتی ایمنی را اتخاذ می‌کنند، مانند تنظیم دریچه‌های ایمنی باتری، فیوزهای حرارتی، اتصال قطعات با ضرایب دمای مثبت به صورت سری، استفاده از دیافراگم‌های مهر و موم شده حرارتی، بارگذاری مدارهای حفاظتی اختصاصی، و سیستم مدیریت باتری اختصاصی و غیره نیز وسیله ای برای افزایش امنیت است.

ارائه دهنده راه حل ایمنی باتری باتری لیتیوم یون پنج

از آنجایی که ایمنی باتری‌های لیتیوم یون توجه بیشتری را به خود جلب کرده است، بسیاری از شرکت‌ها تحقیقات و توسعه‌ای را به طور خاص برای خطرات ایمنی بالقوه در باتری‌های لیتیوم یون انجام داده‌اند و راه‌حل‌های ایمنی موثر باتری را ارائه کرده‌اند.

Chuangwei New Energy به عنوان اولین محقق فناوری هشدار و ایمنی فرار حرارتی باتری های برق خانگی و پیشگام دستگاه اطفاء حریق خودکار ویژه جعبه باتری، پیشگام"مدل فرار حرارتی باتری لیتیوم یون"، که مانیتورینگ فرار حرارتی جعبه باتری و اطفاء حریق خودکار را ارتقا داد. کاربرد فناوری در مقیاس بزرگ.

& quot;باتری لیتیوم یونی مدل فرار حرارتی" به سه بعد عمودی، افقی و عمودی تقسیم می شود. جهت عمودی، افزونگی داده‌های چندین حسگر است، یعنی مجموعه‌های متعددی از داده‌های حسگر در یک محیط مشابه برای شبیه‌سازی منحنی مشخصات داده‌ها در مواد مختلف و محیط‌های مختلف نصب می‌شوند. جهت افقی الگوریتم زمان پیوسته برای داده های تاریخی سنسور برای حذف نویز است. سوراخ عمودی، بک لاگ سوزن بلانت و روش‌های دیگر برای شبیه‌سازی فرآیند فرار حرارتی انواع مختلف باتری‌های قدرت استفاده می‌شود.

از طریق همجوشی سه‌بعدی، روش‌های ریاضی، بر اساس تعداد زیادی آزمایش و داده‌های عملیاتی واقعی، رابطه درونی بین متغیرهای مختلف ناشی از فرار حرارتی خلاصه می‌شود و اصول عصب‌شناختی برای تشکیل یک بسیار زودرس، بسیار قابل اعتماد و خود استفاده می‌شود. -عملکرد"یون لیتیوم" مدل فرار حرارتی باتری" هشدار اولیه و کنترل هوشمند خطرات پنهان در عمر باتری را متوجه می شود.

تعداد زیادی از نمونه های هشدار اولیه که در عملیات واقعی خودرو رخ داده است، اثربخشی و پیشرفت این مدل را به اثبات رسانده و آن را به فناوری اصلی هشدار فرار حرارتی جعبه باتری فعلی و اطفاء حریق خودکار تبدیل کرده است.

باتری Shenzhen Benwei یک شرکت با فناوری پیشرفته است که در R&D، تولید و فروش باتری‌های لیتیوم یون تخصص دارد. حوزه های کاربرد محصول آن عبارتند از: باتری های لیتیومی خودروهای الکتریکی، باتری های لیتیومی قدرت، باتری های لیتیومی ذخیره انرژی، و غیره. این شرکت و سازندگان سلول های باتری پایداری بلندمدت را حفظ می کنند و از آخرین دستاوردها و مفاهیم تکنولوژیکی برای کل سری محصولات استفاده می کنند. فرآیندهای توسعه کارگاه تولیدی مجهز به تجهیزات پیشرفته تولید و ابزارآلات تست درجه یک می باشد. در عین حال، دارای گروهی از تیم های حرفه ای تولید و مدیریت کیفیت، به طور دقیق در هر مرحله از لینک تولید، و از طریق بهینه سازی و بهبود مستمر در فرآیند برای اطمینان از ایمنی باتری است.