Litiumakun turvallisuus ja ratkaisu
Matkapuhelimien, digitaalisten tuotteiden ja sähköajoneuvojen yleistymisen myötä litiumioniakuilla on yhä tärkeämpi rooli ihmisten elämässä' Usein kritisoidaan käyttöongelmia, kuten alhainen energiatiheys ja rajoitettu käyttöikää. Näihin ongelmiin verrattuna litiumakkujen turvallisuus on kuitenkin huomion kohteena.
Viime vuosina akkuturvallisuusongelmien aiheuttamia onnettomuuksia on esiintynyt runsaasti, ja monien ongelmien seuraukset ovat järkyttäviä, kuten alaa järkyttänyt Boeing 787 Dreamlinerin litiumakun tulipalo ja laajamittainen akun tulipalo ja räjähdys. Samsung Galaxy Note 7:ssä. Litiumioniakkujen turvallisuus soitti jälleen kerran hälytystä.
Litiumioniakun koostumus ja toimintaperiaate
Litiumioniakut koostuvat pääasiassa positiivisesta elektrodista, negatiivisesta elektrodista, elektrolyytistä, erottimesta, ulkoisesta liitännästä ja pakkauskomponenteista. Niiden joukossa positiivinen elektrodi ja negatiivinen elektrodi sisältävät aktiivisia elektrodimateriaaleja, johtavia aineita, sideaineita jne., jotka on päällystetty tasaisesti kuparikalvon ja alumiinifolion virrankeräilijöille.
Litiumioniakkujen positiivinen elektrodipotentiaali on suhteellisen korkea, usein litiumiin interkaloituneita siirtymämetallioksideja tai polyanionisia yhdisteitä, kuten litiumkobaltaattia, litiummanganaattia, kolmikomponenttia, litiumrautafosfaattia jne.; litiumioniakun negatiiviset materiaalit ovat yleensä hiilimateriaaleja, kuten grafiittia ja grafitoitumatonta hiiltä; litiumioniakun elektrolyytti on pääasiassa vedetöntä liuosta, joka koostuu orgaanisesta liuottimesta ja litiumsuolasta, liuotin on enimmäkseen orgaaninen liuotin, kuten hiilihappo, ja litiumsuola on enimmäkseen yksiarvoinen polyanioninen litiumsuola, kuten litiumheksafluorifosfaatti jne.; Litiumioniakkuerottimet ovat enimmäkseen polyeteenistä ja polypropeenista valmistettuja mikrohuokoisia kalvoja, jotka eristävät positiiviset ja negatiiviset materiaalit, estävät elektronien kulkeutumisen aiheuttamia oikosulkuja ja päästävät elektrolyytissä olevien ionien läpi.
Latausprosessin aikana akun sisällä litiumia uutetaan positiivisesta elektrodista ionien muodossa, jonka elektrolyytti kuljettaa kalvon läpi ja upotetaan negatiiviseen elektrodiin; akun ulkopuolella elektronit siirtyvät ulkoisesta piiristä negatiiviselle elektrodille. Purkausprosessissa: akun sisällä olevat litiumionit poistetaan negatiivisesta elektrodista, kulkevat kalvon läpi ja upotetaan positiiviseen elektrodiin; akun ulkopuolella elektronit siirtyvät ulkoisesta piiristä positiiviselle elektrodille. Latauksen ja purkamisen kanssa se on"litiumioni" joka siirtyy akkujen välillä alkuaine"litium" sijaan, joten akkua kutsutaan nimellä"litiumioniakku".
Toiseksi litiumioniakkujen turvallisuusriskit
Yleisesti ottaen litiumioniakkujen turvallisuusongelmat ilmenevät palamisena tai jopa räjähdyksenä. Näiden ongelmien perimmäinen syy on akun sisällä oleva lämpökarkailu. Lisäksi jotkut ulkoiset tekijät, kuten ylilataus, tulipalo, puristuminen, puhkeaminen ja oikosulku. Muut ongelmat voivat myös johtaa tietoturvaongelmiin. Litiumioniakut tuottavat lämpöä latauksen ja purkamisen aikana. Jos syntyvä lämpö ylittää akun lämmönpoistokapasiteetin, litiumioniakku ylikuumenee ja akun materiaali hajottaa SEI-kalvon, elektrolyytin hajoamisen, positiivisen elektrodin hajoamisen, negatiivisen elektrodin ja tuhoisia sivureaktioita, kuten elektrolyytin ja negatiivisen elektrodin ja sideaineen reaktio.
1 Katodimateriaalien turvallisuusvaarat
Kun litiumioniakkua käytetään väärin, akun sisäinen lämpötila nousee ja positiivisen elektrodimateriaalin aktiivinen materiaali hajoaa ja elektrolyytti hapettuu. Samaan aikaan nämä kaksi reaktiota voivat tuottaa paljon lämpöä, mikä saa akun lämpötilan nousemaan edelleen. Eri delitaatiotiloilla on hyvin erilaisia vaikutuksia aktiivisen materiaalin hilamuunnokseen, hajoamislämpötilaan ja akun lämpöstabiilisuuteen.
2 Anodimateriaalien turvallisuusvaarat
Alkuaikoina käytetty negatiivinen elektrodimateriaali oli metallista litiumia, ja koottu akku oli altis tuottamaan litiumdendriittejä toistuvan latauksen ja purkamisen jälkeen, jotka sitten puhkaisivat kalvon aiheuttaen akun oikosulun, vuotamisen ja jopa räjähtämisen. Litiumin interkalaatioyhdisteet voivat tehokkaasti estää litiumdendriittien muodostumisen ja parantaa huomattavasti litiumioniakkujen turvallisuutta. Lämpötilan noustessa hiilinegatiivinen elektrodi litiumin interkalaatiotilassa reagoi ensin eksotermisesti elektrolyytin kanssa. Samoissa lataus- ja purkuolosuhteissa elektrolyytin ja litiumilla interkaloidun keinografiitin välisen reaktion lämmön vapautumisnopeus on paljon suurempi kuin reaktiossa litiumiin interkaloitujen mesofaasihiilimikropallojen, hiilikuitujen, koksin jne. kanssa.
3 Kalvon ja elektrolyytin turvallisuusvaarat
Litiumioniakun elektrolyytti on litiumsuolan ja orgaanisen liuottimen sekoitettu liuos. Kaupallinen litiumsuola on litiumheksafluorifosfaatti. Elektrolyytin lämpöstabiilisuus. Elektrolyytin orgaaninen liuotin on karbonaatti, jolla on alhainen kiehumispiste ja leimahduspiste, ja se on helppo reagoida litiumsuolan kanssa vapauttaen PF5:tä korkeassa lämpötilassa, ja se on helppo hapettaa.
4 Piilotetut turvallisuusriskit valmistusprosessissa
Litiumioniakkujen valmistusprosessin aikana prosessit, kuten elektrodien valmistus ja akkujen kokoonpano, vaikuttavat akun turvallisuuteen. Erilaisten prosessien laadunvalvonta, kuten positiivisten ja negatiivisten elektrodien sekoitus, pinnoitus, valssaus, leikkaus tai lävistys, kokoaminen, elektrolyytin täyttö, tiivistäminen ja muovaus vaikuttavat kaikki akun suorituskykyyn ja turvallisuuteen. Lietteen tasaisuus määrää aktiivisen materiaalin jakautumisen tasaisuuden elektrodilla, mikä vaikuttaa akun turvallisuuteen. Jos lietteen hienous on liian suuri, negatiivinen elektrodimateriaali käy läpi suhteellisen suuria muutoksia latauksen ja purkamisen aikana, ja metallisen litiumin saostumista voi tapahtua; jos lietteen hienous on liian pieni, akun sisäinen vastus on liian suuri. Jos pinnoitteen kuumennuslämpötila on liian alhainen tai kuivumisaika on riittämätön, liuotin jää jäljelle ja sideaine liukenee osittain aiheuttaen joidenkin aktiivisten materiaalien helpon kuorimisen; liian korkea lämpötila voi aiheuttaa sideaineen hiiltymisen ja aktiiviset materiaalit voivat pudota ja aiheuttaa sisäisiä oikosulkuja akussa.
5 mahdollista turvallisuusriskiä akun käytön aikana
Litiumioniakkujen tulee minimoida ylilatautuminen tai ylipurkautuminen käytön aikana. Erityisesti akuissa, joissa on suuri monomeerikapasiteetti, lämpöhäiriöt voivat aiheuttaa joukon eksotermisiä sivureaktioita, jotka johtavat turvallisuusongelmiin.
Kolme litiumioniakun turvallisuustestin ilmaisinta
Litiumioniakun valmistuksen jälkeen, ennen kuin se saapuu kuluttajalle, vaaditaan sarja testejä akun turvallisuuden varmistamiseksi mahdollisimman paljon ja mahdollisten turvallisuusriskien vähentämiseksi.
1. Puristustesti: Aseta täyteen ladattu akku tasaiselle pinnalle, paina 13±1KN hydraulisylinterillä ja purista akku halkaisijaltaan 32 mm:n terästangon tasaisesta pinnasta. Kun puristuspaine saavuttaa suurimman pysäytyksen Purista, akku ei syty tuleen, älä vain' räjähdy.
2. Iskutesti: Kun akku on ladattu täyteen, aseta se tasaiselle pinnalle, aseta halkaisijaltaan 15,8 mm teräspylväs pystysuoraan akun keskelle ja pudota 9,1 kg painoinen paino vapaasti 610 mm:n korkeudelta. teräspilari akun yläpuolella. Akku ei syty tuleen tai räjähdä.
3. Ylilataustesti: Lataa akku täyteen 1C:llä ja suorita ylilataustesti 3C:n ylilatauksen 10V mukaisesti. Kun akku on ylilatautunut, jännite nousee tiettyyn jännitteeseen ja tasaantuu jonkin aikaa. Kun se on lähellä tiettyä ajanjaksoa, akun jännite nousee nopeasti. Kun tietty raja saavutetaan, akun yläkansi vedetään pois, jännite putoaa 0 V:iin, eikä akku syty tuleen tai räjähtää.
4. Oikosulkutesti: Kun akku on ladattu täyteen, akun positiiviset ja negatiiviset elektrodit oikosuljetaan johdolla, jonka resistanssi on enintään 50 mΩ, ja akun pintalämpötila testataan. Akun pinnan maksimilämpötila on 140 ℃. Akun kansi avataan, eikä akku syty tuleen tai räjähdä. .
5. Akupunktiotesti: Aseta täyteen ladattu akku tasaiselle pinnalle ja puhkaise akku säteen suunnassa halkaisijaltaan 3 mm:n teräsneulalla. Testiakku ei syty tuleen tai räjähdä.
6. Lämpötilasyklitesti: Litiumioniakun lämpötilasyklitestiä käytetään simuloimaan litiumioniakun turvallisuutta, kun se altistuu toistuvasti matalalle ja korkealle lämpötilalle kuljetuksen tai varastoinnin aikana. Testissä käytetään nopeaa ja äärimmäistä lämpötilaa Muutoksia tehdään. Testin jälkeen näyte ei saa syttyä, räjähtää tai vuotaa.
Neljä litiumioniakun turvaratkaisua
Koska litiumioniakkujen materiaalissa, valmistus- ja käyttöprosessissa piilevät monet turvallisuusriskit, turvallisuusongelmille alttiiden osien parantaminen on ongelma, joka litiumioniakkujen valmistajien on ratkaistava.
1 Paranna elektrolyytin turvallisuutta
Elektrolyytin ja positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä on suuri reaktioaktiivisuus, erityisesti korkeissa lämpötiloissa. Akun turvallisuuden parantamiseksi elektrolyytin turvallisuuden parantaminen on yksi tehokkaampia menetelmiä. Elektrolyytin mahdolliset turvallisuusriskit voidaan ratkaista tehokkaasti lisäämällä toiminnallisia lisäaineita, käyttämällä uusia litiumsuoloja ja uusia liuottimia.
Lisäaineiden eri toimintojen mukaan ne voidaan jakaa seuraaviin luokkiin: turvallisuutta suojaavat lisäaineet, kalvoa muodostavat lisäaineet, positiiviset elektrodit suojaavat lisäaineet, stabiloivat litiumsuolalisäaineet, litiumin saostumista edistävät lisäaineet, virtaa keräävät ruosteenestoaineet ja kostuvuutta parantavat lisäaineet .
Kaupallisten litiumsuolojen suorituskyvyn parantamiseksi tutkijat ovat vaihtaneet niihin atomeja ja saaneet monia johdannaisia. Niiden joukossa yhdisteillä, jotka on saatu substituoimalla atomeja perfluorialkyyliryhmillä, on monia etuja, kuten korkea leimahduspiste, samanlainen johtavuus ja parantunut vedenkestävyys. , On eräänlainen litiumsuolayhdiste, jolla on hyvät käyttömahdollisuudet. Lisäksi anionisella litiumsuolalla, joka on saatu kelatoimalla booriatomi happiligandilla, on korkea lämpöstabiilius.
Liuottimien osalta monet tutkijat ovat ehdottaneet sarjaa uusia orgaanisia liuottimia, kuten karboksyylihappoestereitä ja orgaanisia eettereitä. Lisäksi ionisilla nesteillä on myös korkean turvallisuuden elektrolyyttiluokka, mutta suhteellisen yleisesti käytettyjä karbonaattipohjaisia elektrolyyttejä. Ionisten nesteiden viskositeetti on suuruusluokkaa korkeampi ja johtavuus ja ionien itsediffuusiokerroin ovat alhaiset. Työtä on vielä paljon ennen käytännöllisyyttä. Tehdä.
2 Paranna elektrodimateriaalien turvallisuutta
Litiumrautafosfaattia ja kolmikomponenttisia komposiittimateriaaleja pidetään edullisina"erinomainen turvallisuus" katodimateriaaleja, ja niitä voidaan suosia sähköajoneuvoteollisuudessa. Positiivisen elektrodimateriaalin osalta yleinen menetelmä sen turvallisuuden parantamiseksi on pinnoitteen modifiointi. Esimerkiksi positiivisen elektrodimateriaalin pinnan pinnoitus metallioksidilla voi estää suoran kosketuksen positiivisen elektrodimateriaalin ja elektrolyytin välillä, estää positiivisen elektrodimateriaalin vaiheenmuutoksen ja parantaa Sen rakenteellinen stabiilisuus vähentää kationien epäjärjestystä kidehila vähentääkseen lämmön muodostumista sivureaktioista.
Negatiivisen elektrodimateriaalin osalta, koska pinta on usein alttiimmin lämpökemialliselle hajoamiselle ja lämmön muodostukselle litiumioniakussa, SEI-kalvon lämpöstabiilisuuden parantaminen on avainmenetelmä negatiivisen elektrodimateriaalin turvallisuuden parantamiseksi. Negatiivisen elektrodimateriaalin lämpöstabiilisuutta voidaan parantaa heikon hapettumisen, metalli- ja metallioksidipinnoituksen, polymeeri- tai hiilipinnoitteen avulla.
3 Parannettu akun turvasuojarakenne
Akkumateriaalien turvallisuuden parantamisen lisäksi kaupalliset litiumioniakut ottavat käyttöön monia suojatoimenpiteitä, kuten akun varoventtiilien asettamisen, lämpösulakkeet, positiivisten lämpötilakertoimien komponenttien kytkemisen sarjaan, lämpösaumattujen kalvojen käyttämisen, erityisten suojapiirien lataamisen, ja oma akunhallintajärjestelmä, jne., on myös keino parantaa turvallisuutta.
Viisi litiumioniakkujen turvallisuusratkaisujen tarjoajaa
Kun litiumioniakkujen turvallisuus on herättänyt yhä enemmän huomiota, monet yritykset ovat tutkineet ja kehittäneet erityisesti litiumioniakkujen mahdollisia turvallisuusriskejä ja esittäneet tehokkaita akkuturvaratkaisuja.
Chuangwei New Energy on varhaisin kotitalouksien akkujen lämpövaroitus- ja turvallisuusteknologian tutkija ja akkukotelon erityisten automaattisten sammutuslaitteiden edelläkävijänä &, litiumioniakkujen lämpökarkaistu malli &, joka oli edelläkävijä. edistettiin akkukotelon lämpövalvontaa ja automaattista palontorjuntaa. Laajamittainen teknologian sovellus.
& quot;Litium-ioni-akun lämpökarkaistu malli" on jaettu kolmeen ulottuvuuteen: pystysuora, vaaka ja pystysuora. Pystysuunta on useiden antureiden dataredundanssi, eli useita anturidatajoukkoja samassa ympäristössä sovitetaan simuloimaan eri materiaalien ja eri ympäristöjen datan karakterisointikäyrää; vaakasuunta on jatkuva aikaalgoritmi anturin historiallisille tiedoille melun poistamiseksi Häiriöt ratkaisevat tehokkaasti väärien hälytyksiä, vääriä hälytyksiä ja ennakkovaroitusviiveen liittyvät ongelmat kynnysmenetelmässä; vertikaalista puhkaisua, tylppä neulavarastoa ja muita menetelmiä käytetään simuloimaan erityyppisten tehoakkujen lämpökarkaamista.
Kolmiulotteisen fuusion, matemaattisten menetelmien avulla, jotka perustuvat suureen määrään kokeita ja todellista toimintatietoa, tehdään yhteenveto erilaisten termisen karantumisen aiheuttamien muuttujien välisistä sisäisistä suhteista ja neurologisten periaatteiden avulla muodostetaan erittäin varhainen, erittäin luotettava ja itsenäinen. -käyttöinen"litiumioni" Akun lämpökarkaistu malli" huomaa varhaisen varoituksen ja älykkään hallinnan akun käyttöiän piilevistä vaaroista.
Suuri määrä varhaisvaroitusesimerkkejä ajoneuvon todellisessa käytössä osoitti tämän mallin tehokkuuden ja edistymisen, mikä teki siitä nykyisen akkukotelon lämpövaroituksen ja automaattisen palonsammutustekniikan ydinteknologian.
Shenzhen Benwei -akku on korkean teknologian yritys, joka on erikoistunut R&D:hen, litiumioniakkujen tuotantoon ja myyntiin. Sen tuotesovellusalueet kattavat: sähköajoneuvojen litiumakut, litiumakut, energiaa varastoivat litiumakut jne. Yritys ja akkukennojen valmistajat ylläpitävät pitkäaikaista vakautta Yhteistyösuhde ja soveltavat uusimpia teknologisia saavutuksia ja konsepteja koko tuotesarjaan kehitysprosessit. Valmistuspaja on varustettu edistyneillä tuotantolaitteilla ja ensiluokkaisilla testausvälineillä. Samaan aikaan sillä on joukko ammattimaisia tuotanto- ja laadunhallintatiimejä, tiukasti jokaisessa tuotantolinkin vaiheessa ja jatkuvan optimoinnin ja prosessin parantamisen kautta akun turvallisuuden varmistamiseksi.
