Lityum pilin güvenliği ve çözümü
Cep telefonlarının, dijital ürünlerin ve elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte, lityum iyon piller insanların' hayatında giderek daha önemli bir rol oynuyor. Düşük enerji yoğunluğu ve sınırlı çevrim ömrü gibi kullanım sorunları sıklıkla eleştirilir. Ancak, bu sorunlarla karşılaştırıldığında, lityum pillerin güvenliği dikkatin odak noktasıdır.
Son yıllarda, pil güvenliği sorunlarından kaynaklanan kazalar bol ve birçok sorunun sonuçları, örneğin Boeing 787 Dreamliner'ın lityum pilinde meydana gelen ve sektörü şok eden yangın olayı ve büyük ölçekli pil yangın ve patlama olayı gibi birçok sorunun sonuçları şok edici. Samsung Galaxy Note 7'de Lityum iyon pillerin güvenliği bir kez daha alarm verdi.
Lityum iyon pilin bileşimi ve çalışma prensibi
Lityum iyon piller esas olarak pozitif elektrot, negatif elektrot, elektrolit, ayırıcı, harici bağlantı ve paketleme bileşenlerinden oluşur. Bunlar arasında, pozitif elektrot ve negatif elektrot, bakır folyo ve alüminyum folyo akım toplayıcıları üzerine eşit şekilde kaplanmış aktif elektrot malzemeleri, iletken maddeler, bağlayıcılar vb. içerir.
Lityum iyon pillerin pozitif elektrot potansiyeli nispeten yüksektir, genellikle lityum ara metal oksitleri veya lityum kobaltat, lityum manganat, üçlü, lityum demir fosfat, vb. gibi polianyonik bileşikler; lityum-iyon pil negatif malzemeleri genellikle grafit ve grafitleştirilmemiş karbon gibi karbon malzemeleridir; lityum iyon pil elektroliti esas olarak organik karışık çözücü ve lityum tuzundan oluşan sulu olmayan bir çözeltidir, çözücü çoğunlukla karbonik asit gibi organik çözücüdür ve lityum tuzu çoğunlukla Lityum heksaflorofosfat, vb. gibi tek değerli polianyonik lityum tuzudur; lityum iyon pil ayırıcılar çoğunlukla pozitif ve negatif malzemeleri izole eden, elektronların geçişinden kaynaklanan kısa devreleri önleyen ve elektrolit içindeki iyonların geçmesine izin veren polietilen ve polipropilen mikro gözenekli membranlardır.
Şarj işlemi sırasında, pilin içindeki lityum, pozitif elektrottan iyonlar şeklinde çıkarılır, elektrolit tarafından diyafram aracılığıyla taşınır ve negatif elektrot içine gömülür; pilin dışında, elektronlar harici devreden negatif elektrota göç eder. Boşalma sürecinde: pilin içindeki lityum iyonları, negatif elektrottan çıkarılır, diyaframdan geçer ve pozitif elektrota gömülür; pilin dışında, elektronlar dış devreden pozitif elektrota göç eder. Şarj ve deşarj ile"lityum iyon""lityum" yerine piller arasında göç eden pil,"lityum iyon pil" olarak adlandırılır.
İkincisi, lityum iyon pillerin güvenlik tehlikeleri
Genel olarak konuşursak, lityum iyon pillerin güvenlik sorunları, yanma ve hatta patlama olarak kendini gösterir. Bu sorunların temel nedeni, pilin içindeki termal kaçaktır. Ayrıca aşırı şarj, yangın, sıkışma, delinme ve kısa devre gibi bazı dış etkenler Diğer sorunlar da güvenlik sorunlarına yol açabilir. Lityum iyon piller, şarj ve deşarj sırasında ısı üretecektir. Üretilen ısı pilin ısı yayma kapasitesini aşarsa, lityum iyon pil aşırı ısınır ve pil malzemesi SEI filmini, elektrolit ayrışmasını, pozitif elektrot ayrışmasını, negatif elektrotu ve elektrolitin reaksiyonu gibi Yıkıcı yan reaksiyonları bozar. negatif elektrot ve bağlayıcının reaksiyonu.
1 Katot malzemelerinin güvenlik tehlikeleri
Lityum iyon pil yanlış kullanıldığında, pilin iç sıcaklığı artacak ve pozitif elektrot malzemesinin aktif malzemesi ayrışacak ve elektrolit oksitlenecektir. Aynı zamanda, bu iki reaksiyon çok fazla ısı üreterek pil sıcaklığının daha da yükselmesine neden olabilir. Farklı delithiation durumları, aktif malzemenin kafes dönüşümü, bozunma sıcaklığı ve pilin termal kararlılığı üzerinde çok farklı etkilere sahiptir.
2 Anot malzemelerinin güvenlik tehlikeleri
İlk günlerde kullanılan negatif elektrot malzemesi metalik lityumdu ve birleştirilen pil, tekrar tekrar şarj ve deşarjdan sonra lityum dendritleri üretmeye eğilimliydi, bu da diyaframı delip pilin kısa devre yapmasına, sızıntı yapmasına ve hatta patlamasına neden oluyordu. Lityum interkalasyon bileşikleri, lityum dendritlerin oluşumunu etkili bir şekilde önleyebilir ve lityum iyon pillerin güvenliğini büyük ölçüde artırabilir. Sıcaklık arttıkça, lityum interkalasyon durumundaki karbon negatif elektrot önce elektrolit ile ekzotermik olarak reaksiyona girer. Aynı yükleme ve boşaltma koşulları altında, elektrolit ile lityum-interkalasyonlu yapay grafit arasındaki reaksiyonun ısı salma hızı, lityum-interkalasyonlu mezofaz karbon mikroküreleri, karbon fiberleri, kok, vb. ile reaksiyonunkinden çok daha fazladır.
3 Diyafram ve elektrolitin güvenlik tehlikeleri
Lityum iyon pilin elektroliti, karışık bir lityum tuzu ve organik çözücü çözeltisidir. Ticari lityum tuzu, lityum heksaflorofosfattır. Elektrolitin termal kararlılığı. Elektrolitin organik çözücüsü, düşük kaynama noktasına ve parlama noktasına sahip olan ve yüksek sıcaklıkta PF5'i serbest bırakmak için lityum tuzu ile reaksiyona girmesi kolay olan ve oksitlenmesi kolay olan karbonattır.
4 Üretim sürecindeki gizli güvenlik tehlikeleri
Lityum iyon pillerin üretim sürecinde elektrot üretimi ve pil montajı gibi işlemler pilin güvenliğini etkileyecektir. Pozitif ve negatif elektrot karıştırma, kaplama, haddeleme, kesme veya delme, montaj, elektrolit doldurma, mühürleme ve şekillendirme gibi çeşitli işlemlerin kalite kontrolü, pilin performansını ve güvenliğini etkiler. Bulamacın tekdüzeliği, elektrot üzerindeki aktif malzeme dağılımının tekdüzeliğini belirler, böylece pilin güvenliğini etkiler. Bulamacın inceliği çok büyükse, negatif elektrot malzemesi, yükleme ve boşaltma sırasında nispeten büyük değişikliklere uğrayacaktır ve metalik lityum çökelmesi meydana gelebilir; bulamacın inceliği çok küçükse, pilin iç direnci çok büyük olacaktır. Kaplama ısıtma sıcaklığı çok düşükse veya kuruma süresi yetersizse, solvent kalacak ve bağlayıcı kısmen çözünerek bazı aktif maddelerin kolayca soyulmasına neden olacaktır; çok yüksek sıcaklık bağlayıcının karbonlaşmasına neden olabilir ve aktif maddeler düşebilir ve pilde dahili kısa devrelere neden olabilir.
Pil kullanımı sırasında 5 potansiyel güvenlik tehlikesi
Lityum iyon piller, kullanım sırasında aşırı şarjı veya aşırı deşarjı en aza indirmelidir. Özellikle yüksek monomer kapasiteli piller için termal bozulma, güvenlik sorunlarına yol açan bir dizi ekzotermik yan reaksiyona neden olabilir.
Üç lityum iyon pil güvenlik testi göstergesi
Lityum iyon pil üretildikten sonra, tüketiciye ulaşmadan önce pilin güvenliğini mümkün olduğunca sağlamak ve olası güvenlik tehlikelerini azaltmak için bir dizi test yapılması gerekiyor.
1. Sıkma testi: Tam dolu aküyü düz bir yüzeye koyun, hidrolik silindir ile 13±1KN basınç uygulayın ve aküyü 32 mm çapındaki çelik çubuğun düz yüzeyinden sıkın. Sıkma basıncı maksimum durma noktasına ulaştığında Squeeze, pil alev almaz, sadece'patlamayın.
2. Darbe testi: Pil tamamen şarj olduktan sonra, düz bir yüzeye yerleştirin, pilin ortasına dikey olarak 15,8 mm çapında çelik bir sütun yerleştirin ve 610 mm yükseklikten serbestçe 9,1 kg'lık bir ağırlık bırakın. pilin üstündeki çelik sütun. Pil alev almaz veya patlamaz.
3. Aşırı şarj testi: Pili 1C ile tamamen şarj edin ve 3C aşırı şarj 10V'a göre bir aşırı şarj testi yapın. Akü aşırı şarj olduğunda, voltaj belirli bir voltaja yükselir ve bir süre stabilize olur. Belirli bir süreye yaklaşıldığında akü voltajı hızla yükselir. Belirli bir sınıra ulaşıldığında pilin üst kapağı çekilir, voltaj 0V'a düşer ve pil alev almaz veya patlamaz.
4. Kısa devre testi: Batarya tam olarak şarj edildikten sonra bataryanın pozitif ve negatif elektrotları direnci 50mΩ'dan fazla olmayan bir tel ile kısa devre yapılır ve bataryanın yüzey sıcaklığı test edilir. Pil yüzeyinin maksimum sıcaklığı 140℃'dir. Pil kapağı açılır ve pil alev almaz veya patlamaz. .
5. Akupunktur testi: Tam şarjlı pili düz bir yüzeye yerleştirin ve pili 3 mm çapında çelik bir iğne ile radyal yönde delin. Test pili alev almaz veya patlamaz.
6. Sıcaklık döngüsü testi: Lityum iyon pilin sıcaklık döngüsü testi, nakliye veya depolama sırasında tekrar tekrar düşük sıcaklık ve yüksek sıcaklık ortamına maruz kaldığında lityum iyon pilin güvenliğini simüle etmek için kullanılır. Testi kullanmaktır hızlı ve aşırı sıcaklık Değişiklikleri yapılır. Testten sonra numune yanmamalı, patlamamalı veya sızıntı yapmamalıdır.
Dört lityum iyon pil güvenlik çözümü
Lityum iyon pillerin malzeme, üretim ve kullanım sürecindeki birçok gizli güvenlik tehlikesi göz önüne alındığında, güvenlik sorunlarına yatkın parçaların nasıl iyileştirileceği, lityum iyon pil üreticilerinin çözmesi gereken bir sorundur.
1 Elektrolitin güvenliğini artırın
Elektrolit ile pozitif ve negatif elektrotlar arasında özellikle yüksek sıcaklıklarda yüksek reaksiyon aktivitesi vardır. Pilin güvenliğini artırmak için elektrolitin güvenliğini artırmak daha etkili yöntemlerden biridir. Elektrolitin potansiyel güvenlik tehlikeleri, işlevsel katkı maddeleri eklenerek, yeni lityum tuzları kullanılarak ve yeni çözücüler kullanılarak etkin bir şekilde çözülebilir.
Katkı maddelerinin farklı işlevlerine göre, aşağıdaki kategorilere ayrılabilirler: güvenlik koruma katkı maddeleri, film oluşturucu katkı maddeleri, pozitif elektrot koruma katkı maddeleri, stabilize edici lityum tuzu katkı maddeleri, lityum çökelmeyi teşvik edici katkı maddeleri, akım toplayıcı antikorozif katkı maddeleri ve ıslanabilirliği arttırıcı katkı maddeleri .
Araştırmacılar, ticari lityum tuzlarının performansını artırmak için üzerlerine atomları ikame etmiş ve birçok türev elde etmişlerdir. Bunlar arasında, atomların perfloroalkil gruplarıyla ikame edilmesiyle elde edilen bileşikler, yüksek parlama noktası, benzer iletkenlik ve arttırılmış su direnci gibi birçok avantaja sahiptir. , Büyük uygulama beklentileri olan bir tür lityum tuzu bileşiğidir. Ayrıca bor atomunun oksijen ligandı ile şelatlanmasıyla elde edilen anyonik lityum tuzu, yüksek termal stabiliteye sahiptir.
Çözücülerle ilgili olarak, birçok araştırmacı karboksilik asit esterleri ve organik eterler gibi bir dizi yeni organik çözücü önermiştir. Ek olarak, iyonik sıvılar ayrıca yüksek güvenlikli, ancak nispeten yaygın olarak kullanılan karbonat bazlı elektrolitlere sahip bir elektrolit sınıfına sahiptir. İyonik sıvıların viskozitesi daha yüksektir ve iletkenlik ve iyon kendi kendine difüzyon katsayısı düşüktür. Pratiklikten önce hala çok iş var. Yapmak.
2 Elektrot malzemelerinin güvenliğini artırın
Lityum demir fosfat ve üçlü kompozit malzemeler düşük maliyetli,"mükemmel güvenlik" katot malzemeleri ve elektrikli araç endüstrisinde popüler hale getirilebilir. Pozitif elektrot malzemesi için güvenliğini artırmanın yaygın yöntemi kaplama modifikasyonudur. Örneğin, pozitif elektrot malzemesinin bir metal oksit ile yüzey kaplaması, pozitif elektrot malzemesi ile elektrolit arasındaki doğrudan teması önleyebilir, pozitif elektrot malzemesinin faz değişimini engelleyebilir ve yapısal stabilitesini iyileştirebilir, katyon düzensizliğini azaltır. yan reaksiyonlarla ısı oluşumunu azaltmak için kristal kafes.
Negatif elektrot malzemesi için, yüzey genellikle lityum iyon pilde termokimyasal ayrışmaya ve ısı oluşumuna en yatkın olduğu için, SEI filminin termal stabilitesini geliştirmek, negatif elektrot malzemesinin güvenliğini artırmak için önemli bir yöntemdir. Zayıf oksidasyon, metal ve metal oksit birikimi, polimer veya karbon kaplama yoluyla, negatif elektrot malzemesinin termal kararlılığı geliştirilebilir.
3 Geliştirilmiş pil güvenliği koruma tasarımı
Akü malzemelerinin güvenliğini artırmaya ek olarak, ticari lityum iyon aküler, akü emniyet valflerinin ayarlanması, termik sigortalar, bileşenleri pozitif sıcaklık katsayılarına sahip seri olarak bağlama, termal olarak yalıtılmış diyaframlar kullanma, özel koruma devrelerini yükleme gibi birçok güvenlik koruma önlemini benimser. ve özel pil yönetim Sistemi vb. de güvenliği artırmanın bir yoludur.
Beş lityum iyon pil güvenlik çözümü sağlayıcısı
Lityum iyon pillerin güvenliği giderek daha fazla dikkat çektiğinden, birçok şirket özellikle lityum iyon pillerdeki potansiyel güvenlik tehlikeleri için araştırma ve geliştirme yapmış ve etkili pil güvenliği çözümleri ortaya koymuştur.
Yerli güç pili termal kaçak uyarı ve güvenlik teknolojisinin ilk araştırmacısı ve pil kutusu özel otomatik yangın söndürme cihazının öncüsü olan Chuangwei New Energy,&"lityum-iyon pil termal kaçak modeli &"nin öncülüğünü yaptı. terfi pil kutusu termal kaçak izleme ve otomatik yangın söndürme. Büyük ölçekli teknoloji uygulaması.
& quot;Lityum-iyon pil termal kaçak modeli" üç boyuta ayrılmıştır: dikey, yatay ve dikey. Dikey yön, birden fazla sensörün veri fazlalığıdır, yani, farklı malzemelerin ve farklı ortamların veri karakterizasyon eğrisini simüle etmek için aynı ortam altındaki birden fazla sensör verisi seti yerleştirilmiştir; yatay yön, gürültüyü ortadan kaldırmak için sensörün geçmiş verileri için sürekli zaman algoritmasıdır Girişim, eşik yöntemindeki yanlış alarmlar, yanlış alarmlar ve erken uyarı gecikmesi sorunlarını etkin bir şekilde çözer; dikey delme, künt iğne birikimi ve diğer yöntemler, farklı tipteki pillerin termal kaçak sürecini simüle etmek için kullanılır.
Üç boyutlu füzyon, çok sayıda deneye ve gerçek çalışma verilerine dayanan matematiksel yöntemler sayesinde, termal kaçakların neden olduğu çeşitli değişkenler arasındaki iç ilişki özetlenir ve son derece erken, oldukça güvenilir ve kendi kendine bir sistem oluşturmak için nörolojik ilkeler kullanılır. - işletim&"lityum iyon &"; Pil termal kaçak modeli" pil ömründeki gizli tehlikelerin erken uyarısını ve akıllı kontrolünü gerçekleştirir.
Gerçek araç işletiminde meydana gelen çok sayıda erken uyarı örneği, bu modelin etkinliğini ve ilerlemesini kanıtlayarak, onu mevcut akü kutusu termal kaçak uyarısı ve otomatik yangın söndürmenin temel teknolojisi haline getirdi.
Shenzhen Benwei pil, R&D, lityum iyon pillerin üretimi ve satışı konusunda uzmanlaşmış yüksek teknoloji ürünü bir kuruluştur. Ürün uygulama alanları şunları kapsar: elektrikli araç lityum pilleri, lityum güç pilleri, enerji depolamalı lityum piller, vb. Şirket ve pil hücresi üreticileri, uzun vadeli istikrarı sağlar Kooperatif ilişkisini sürdürür ve en son teknolojik başarıları ve kavramları tüm ürün serisine uygular. geliştirme süreçleri. Üretim atölyesi, gelişmiş üretim ekipmanları ve birinci sınıf test cihazları ile donatılmıştır. Aynı zamanda, bir grup profesyonel üretim ve kalite yönetim ekibine sahiptir, kesinlikle üretim bağlantısının her adımında ve pil güvenliğini sağlamak için süreçte sürekli optimizasyon ve iyileştirme yoluyla.
