Liitiumaku ohutus ja lahendus
Mobiiltelefonide, digitaalsete toodete ja elektrisõidukite populariseerimisega mängivad liitiumioonakud inimeste elus üha olulisemat rolli'. Sageli kritiseeritakse selliseid kasutusprobleeme nagu madal energiatihedus ja piiratud tsükli eluiga. Võrreldes nende probleemidega on aga tähelepanu keskmes liitiumakude ohutus.
Viimastel aastatel on aku ohutusega seotud probleemidest põhjustatud õnnetusi palju ja paljude probleemide tagajärjed on šokeerivad, nagu tööstust vapustanud Boeing 787 Dreamlineri liitiumaku tulekahju ning ulatuslik aku tulekahju ja plahvatus. Samsung Galaxy Note 7-l. Liitium-ioonakude ohutus andis taas häirekella.
Liitiumioonaku koostis ja tööpõhimõte
Liitiumioonakud koosnevad peamiselt positiivsest elektroodist, negatiivsest elektroodist, elektrolüüdist, separaatorist, välisühendusest ja pakendikomponentidest. Nende hulgas on positiivne elektrood ja negatiivne elektrood aktiivsed elektroodmaterjalid, juhtivad ained, sideained jne, mis on ühtlaselt kaetud vaskfooliumi ja alumiiniumfooliumi voolukollektoritega.
Liitiumioonakude positiivne elektroodide potentsiaal on suhteliselt kõrge, sageli liitiumiga interkaleeritud siirdemetallide oksiidid või polüanioonsed ühendid, nagu liitiumkobaltaat, liitiummanganaat, kolmekomponentne, liitiumraudfosfaat jne; liitium-ioonaku negatiivsed materjalid on tavaliselt süsinikmaterjalid, näiteks grafiit ja grafiteerimata süsinik; liitiumioonaku elektrolüüt on peamiselt mittevesilahus, mis koosneb orgaanilisest segalahustist ja liitiumisoolast, lahustiks on enamasti orgaaniline lahusti, näiteks süsihape, ja liitiumisool on enamasti monovalentne polüanioonne liitiumisool, näiteks liitiumheksafluorofosfaat jne; Liitiumioonakude separaatorid on enamasti polüetüleenist ja polüpropüleenist mikropoorsed membraanid, mis isoleerivad positiivsed ja negatiivsed materjalid, hoiavad ära elektronide läbipääsust põhjustatud lühiseid ja lasevad läbi elektrolüüdis olevad ioonid.
Laadimisprotsessi ajal ekstraheeritakse aku sees positiivsest elektroodist liitium ioonide kujul, transporditakse elektrolüüdi poolt läbi membraani ja sisestatakse negatiivsesse elektroodi; väljaspool akut migreeruvad elektronid välisahelast negatiivsele elektroodile. Tühjendusprotsessis: aku sees olevad liitiumioonid eraldatakse negatiivselt elektroodilt, läbivad diafragmat ja sisestatakse positiivsesse elektroodi; väljaspool akut migreeruvad elektronid välisahelast positiivsele elektroodile. Laadimise ja tühjendamise korral on see"liitiumioon" mis liigub akude vahel elementaarse&asemel; liitiumi", seega nimetatakse akut"liitiumioonakuks".
Teiseks liitiumioonakude ohutusohud
Üldiselt väljenduvad liitium-ioonakude ohutusprobleemid põlemise või isegi plahvatusena. Nende probleemide algpõhjus on aku sees olev termiline põgenemine. Lisaks võivad mõned välised tegurid, nagu ülelaadimine, tulekahju, pigistamine, läbitorkamine ja lühis, põhjustada turvaprobleeme. Liitiumioonakud tekitavad laadimise ja tühjenemise ajal soojust. Kui tekkiv soojus ületab aku soojuseraldusvõimet, kuumeneb liitium-ioonaku üle ja aku materjal laguneb SEI-kile, elektrolüüdi lagunemine, positiivne elektroodide lagunemine, negatiivne elektrood ja hävitavad kõrvalreaktsioonid, nagu elektrolüüdi ja elektrolüüdi reaktsioon. negatiivse elektroodi ja sideaine reaktsioon.
1 Katoodimaterjalide ohud
Kui liitiumioonakut kasutatakse valesti, tõuseb aku sisetemperatuur ning positiivse elektroodi materjali aktiivne materjal laguneb ja elektrolüüt oksüdeerub. Samal ajal võivad need kaks reaktsiooni tekitada palju soojust, mistõttu aku temperatuur tõuseb veelgi. Erinevatel delitiatsiooniseisunditel on väga erinev mõju aktiivmaterjali võre muundumisele, lagunemistemperatuurile ja aku termilisele stabiilsusele.
2 Anoodimaterjalide ohud
Algusaegadel kasutatud negatiivse elektroodi materjal oli metallist liitium ja kokkupandud aku oli pärast korduvat laadimist ja tühjendamist altid liitiumdendriite tekitama, mis seejärel läbistasid diafragma, põhjustades aku lühise, lekke ja isegi plahvatuse. Liitiumi interkalatsiooniühendid võivad tõhusalt vältida liitiumdendriitide teket ja parandada oluliselt liitiumioonakude ohutust. Temperatuuri tõustes reageerib liitiumi interkalatsiooni olekus olev süsiniknegatiivne elektrood esmalt eksotermiliselt elektrolüüdiga. Samades laadimis- ja tühjendustingimustes on elektrolüüdi ja liitiumiga interkaleeritud tehisgrafiidi vahelise reaktsiooni soojuseralduskiirus palju suurem kui reaktsioonil liitiumiga interkaleeritud mesofaasi süsiniku mikrosfääride, süsinikkiudude, koksi jne.
3 Diafragma ja elektrolüüdi ohud
Liitiumioonaku elektrolüüt on liitiumisoola ja orgaanilise lahusti segalahus. Kaubanduslik liitiumisool on liitiumheksafluorofosfaat. Elektrolüüdi termiline stabiilsus. Elektrolüüdi orgaaniline lahusti on karbonaat, millel on madal keemis- ja leekpunkt ning mida on lihtne liitiumisoolaga reageerida, et vabastada kõrgel temperatuuril PF5, ja mida on lihtne oksüdeeruda.
4 Varjatud ohutusriskid tootmisprotsessis
Liitiumioonakude tootmisprotsessi ajal mõjutavad sellised protsessid nagu elektroodide tootmine ja aku kokkupanek aku ohutust. Erinevate protsesside, nagu positiivsete ja negatiivsete elektroodide segamine, katmine, valtsimine, lõikamine või mulgustamine, kokkupanek, elektrolüüdi täitmine, tihendamine ja vormimine, kvaliteedikontroll mõjutavad aku jõudlust ja ohutust. Suspensiooni ühtlus määrab elektroodil aktiivse materjali jaotumise ühtluse, mõjutades seeläbi aku ohutust. Kui lobri peenus on liiga suur, muutub negatiivse elektroodi materjal laadimise ja tühjenemise ajal suhteliselt suurteks muutusteks ning võib tekkida metallilise liitiumi sadenemine; kui läga peenus on liiga väike, on aku sisetakistus liiga suur. Kui katte kuumutamise temperatuur on liiga madal või kuivamisaeg on ebapiisav, jääb lahusti alles ja sideaine lahustub osaliselt, mis põhjustab mõne aktiivse materjali kergesti koorumist; liiga kõrge temperatuur võib põhjustada sideaine karboniseerumist ja aktiivsed materjalid võivad maha kukkuda ja põhjustada akus sisemisi lühiseid.
5 võimalikku ohtu aku kasutamisel
Liitiumioonakud peaksid minimeerima kasutamise ajal ülelaadimist või tühjenemist. Eriti suure monomeeride mahutavusega akude puhul võivad termilised häired põhjustada mitmeid eksotermilisi kõrvalreaktsioone, mis põhjustavad ohutusprobleeme.
Kolm liitium-ioonaku ohutuse testimise indikaatorit
Pärast liitiumioonaku tootmist, enne kui see tarbijani jõuab, on vaja läbida rida katseid, et tagada aku ohutus nii palju kui võimalik ja vähendada võimalikke ohutusriske.
1. Pigistamiskatse: asetage täislaetud aku tasasele pinnale, rakendage hüdrosilindriga rõhku 13±1KN ja pigistage aku 32 mm läbimõõduga terasvarda tasasel pinnalt. Kui pigistamise rõhk saavutab maksimaalse tõkestamise pigista, aku ei sütti, vaid ärge' plahvata.
2. Löögikatse: kui aku on täielikult laetud, asetage see tasasele pinnale, asetage aku keskele vertikaalselt 15,8 mm läbimõõduga terassammas ja kukutage 9,1 kg raskus 610 mm kõrguselt vabalt akule. terassammas aku kohal. Aku ei sütti ega plahvata.
3. Ülelaadimise test: laadige aku täielikult 1C ja tehke ülelaadimise test vastavalt 3C ülelaadimisele 10V. Kui aku on üle laetud, tõuseb pinge teatud pingeni ja stabiliseerub teatud aja jooksul. Kui see on teatud aja lähedal, tõuseb aku pinge kiiresti. Teatud piiri saavutamisel tõmmatakse aku ülemine kork maha, pinge langeb 0V-ni ning aku ei sütti ega plahvata.
4. Lühise test: Pärast aku täielikku laadimist lühistatakse aku positiivsed ja negatiivsed elektroodid juhtmega, mille takistus ei ületa 50 mΩ, ning testitakse aku pinnatemperatuuri. Aku pinna maksimaalne temperatuur on 140 ℃. Aku kaas on avatud ja aku ei sütti ega plahvata. .
5. Nõelravi test: asetage täislaetud aku tasasele pinnale ja torgake aku radiaalsuunas läbi 3 mm läbimõõduga terasnõelaga. Testaku ei sütti ega plahvata.
6. Temperatuuritsükli test: Liitiumioonaku temperatuuritsükli testi kasutatakse liitiumioonaku ohutuse simuleerimiseks, kui see puutub transportimise või ladustamise ajal korduvalt kokku madala temperatuuri ja kõrge temperatuuriga keskkonnaga. Katse on kasutada kiiret ja äärmuslikku temperatuuri Muutused tehakse. Pärast katset ei tohiks proov süttida, plahvatada ega lekkida.
Neli liitiumioonaku ohutuslahendust
Pidades silmas liitiumioonakude varjatud ohte materjalis, tootmis- ja kasutusprotsessis, on liitiumioonakude tootjatel probleem, kuidas parandada ohutusprobleemidele kalduvaid osi.
1 Parandage elektrolüüdi ohutust
Elektrolüüdi ning positiivsete ja negatiivsete elektroodide vahel on kõrge reaktsiooniaktiivsus, eriti kõrgetel temperatuuridel. Aku ohutuse parandamiseks on elektrolüüdi ohutuse parandamine üks tõhusamaid meetodeid. Elektrolüütide võimalikke ohutusriske saab tõhusalt lahendada funktsionaalsete lisandite lisamise, uute liitiumisoolade ja uute lahustite kasutamisega.
Vastavalt lisandite erinevatele funktsioonidele võib need jagada järgmistesse kategooriatesse: ohutuskaitselisandid, kilet moodustavad lisandid, positiivse elektroodi kaitselisandid, stabiliseerivad liitiumisoola lisandid, liitiumi sadestumist soodustavad lisandid, voolukollektori korrosioonivastased lisandid ja märguvust suurendavad lisandid .
Kaubanduslike liitiumisoolade jõudluse parandamiseks on teadlased asendanud nende aatomeid ja saanud palju derivaate. Nende hulgas on ühenditel, mis on saadud aatomite asendamisel perfluoroalküülrühmadega, palju eeliseid, nagu kõrge leekpunkt, sarnane juhtivus ja suurem veekindlus. , on omamoodi liitiumsoolaühend, millel on suured kasutusvõimalused. Lisaks on boori aatomi kelaadimisel hapniku ligandiga saadud anioonsel liitiumisoolal kõrge termiline stabiilsus.
Lahustite osas on paljud teadlased välja pakkunud mitmeid uusi orgaanilisi lahusteid, nagu karboksüülhappe estrid ja orgaanilised eetrid. Lisaks on ioonsetes vedelikes ka kõrge ohutusega elektrolüütide klass, kuid suhteliselt sageli kasutatavad karbonaadipõhised elektrolüüdid. Ioonsete vedelike viskoossus on suurusjärgus suurem ning juhtivus ja ioonide isedifusioonikoefitsient on madalad. Enne praktilisust on veel palju tööd. Tegema.
2 Parandage elektroodide materjalide ohutust
Liitiumraudfosfaati ja kolmekomponentseid komposiitmaterjale peetakse odavateks,"suurepärane ohutus" katoodmaterjalid ja neid võidakse populariseerida elektrisõidukite tööstuses. Positiivse elektroodi materjali puhul on levinud meetod selle ohutuse parandamiseks katte muutmine. Näiteks võib positiivse elektroodi materjali pinnakate metalloksiidiga takistada positiivse elektroodi materjali ja elektrolüüdi otsest kontakti, pärssida positiivse elektroodi materjali faasimuutust ja parandada. Selle struktuurne stabiilsus vähendab katioonide häireid kristallvõre, et vähendada soojuse teket kõrvalreaktsioonide tõttu.
Negatiivse elektroodi materjali puhul, kuna liitiumioonaku pind on sageli kõige altim termokeemilisele lagunemisele ja soojuse tekkele, on SEI-kile termilise stabiilsuse parandamine peamine meetod negatiivse elektroodi materjali ohutuse parandamiseks. Nõrga oksüdatsiooni, metalli ja metallioksiidi sadestamise, polümeeri või süsiniku katte abil saab parandada negatiivse elektroodi materjali termilist stabiilsust.
3 Täiustatud aku ohutuskaitse disain
Lisaks akumaterjalide ohutuse parandamisele võtavad kaubanduslikud liitiumioonakud kasutusele palju ohutusmeetmeid, näiteks aku kaitseventiilide seadistamine, termokaitsmed, positiivse temperatuurikoefitsiendiga komponentide järjestikune ühendamine, termiliselt suletud membraanide kasutamine, spetsiaalsete kaitseahelate laadimine, ja spetsiaalne akuhaldussüsteem jne on samuti turvalisuse suurendamise vahend.
Viis liitiumioonaku ohutuslahenduste pakkujat
Kuna liitium-ioonakude ohutus on pälvinud üha rohkem tähelepanu, on paljud ettevõtted viinud läbi spetsiaalselt liitiumioonakude võimalike ohutusriskide uurimis- ja arendustegevust ning pakkunud välja tõhusaid akude ohutuslahendusi.
Kuna Chuangwei New Energy oli kodumajapidamises kasutatava aku termilise põgenemise hoiatus- ja ohutustehnoloogia vanim uurija ning akukarbi spetsiaalse automaatse tulekustutusseadme teerajaja, oli Chuangwei New Energy teerajaja&liitium-ioonaku termopõgenemismudeli" edendada akukarbi termilise põgenemise jälgimist ja automaatset tulekustutust. Tehnoloogia laiaulatuslik rakendamine.
& quot;Liitium-ioonaku termilise jooksva mudeli" on jagatud kolmeks mõõtmeks: vertikaalne, horisontaalne ja vertikaalne. Vertikaalne suund on mitme anduri andmete liiasus, st mitu anduriandmete komplekti samas keskkonnas on sobitatud, et simuleerida erinevate materjalide ja erinevate keskkondade andmete iseloomustuskõverat; horisontaalsuund on anduri ajalooliste andmete pideva aja algoritm müra kõrvaldamiseks. Häired lahendavad tõhusalt valehäirete, valehäirete ja varajase hoiatamise viivituse probleemid lävimeetodil; Vertikaalset punktsiooni, nüri nõela mahajäämust ja muid meetodeid kasutatakse erinevat tüüpi akude termilise põgenemise protsessi simuleerimiseks.
Kolmemõõtmelise liitmise, matemaatiliste meetodite abil, mis põhinevad suurel hulgal katsetel ja reaalsetel tööandmetel, tehakse kokkuvõte erinevate termilise jooksmise põhjustatud muutujate vahelisest sisemisest seosest ning neuroloogiliste põhimõtete abil moodustatakse äärmiselt varane, väga töökindel ja ise. -töötav"liitiumioon" Aku termoregulatsiooni mudel" mõistab varajase hoiatamise ja intelligentse kontrolli aku kasutuseaga seotud varjatud ohtude üle.
Suur hulk varajase hoiatamise näiteid sõiduki tegelikul töötamisel tõestas selle mudeli tõhusust ja edu, muutes selle praeguse akukarbi termopõlemishoiatuse ja automaatse tulekustutussüsteemi põhitehnoloogiaks.
Shenzhen Benwei aku on kõrgtehnoloogiline ettevõte, mis on spetsialiseerunud R&D-le, liitium-ioonakude tootmisele ja müügile. Selle toote kasutusvaldkonnad hõlmavad: elektrisõidukite liitiumakusid, liitiumakusid, energiasalvestavaid liitiumakusid jne. Ettevõte ja akuelementide tootjad säilitavad pikaajalise stabiilsuse, koostöösuhted ning rakendavad uusimaid tehnoloogilisi saavutusi ja kontseptsioone kogu tootesarjas. arendusprotsessid. Tootmistöökoda on varustatud täiustatud tootmisseadmete ja esmaklassiliste testimisvahenditega. Samal ajal on sellel professionaalsete tootmis- ja kvaliteedijuhtimismeeskondade rühm, rangelt igal tootmislüli etapil ning protsessi pideva optimeerimise ja täiustamise kaudu, et tagada aku ohutus.
