Keamanan dan solusi baterai lithium
Dengan mempopulerkan ponsel, produk digital, dan kendaraan listrik, baterai lithium-ion memainkan peran yang semakin penting dalam kehidupan orang-orang'. Masalah penggunaan seperti kepadatan energi yang rendah dan siklus hidup yang terbatas sering dikritik. Namun, dibandingkan dengan masalah ini, keamanan baterai lithium menjadi fokus perhatian.
Dalam beberapa tahun terakhir, kecelakaan yang disebabkan oleh masalah keamanan baterai berlimpah, dan konsekuensi dari banyak masalah yang mengejutkan, seperti insiden kebakaran pada baterai lithium Boeing 787 Dreamliner yang mengejutkan industri, dan insiden kebakaran dan ledakan baterai skala besar. pada Samsung Galaxy Note 7. Keamanan baterai lithium-ion sekali lagi membunyikan alarm.
Komposisi dan prinsip kerja baterai lithium-ion
Baterai lithium-ion terutama terdiri dari elektroda positif, elektroda negatif, elektrolit, pemisah, koneksi eksternal dan komponen pengemasan. Diantaranya, elektroda positif dan elektroda negatif mengandung bahan elektroda aktif, agen konduktif, pengikat, dll., Yang dilapisi secara seragam pada kolektor arus foil tembaga dan aluminium foil.
Potensi elektroda positif baterai lithium-ion relatif tinggi, seringkali oksida logam transisi yang diselingi lithium, atau senyawa polianionik, seperti lithium kobalt, lithium manganat, terner, lithium besi fosfat, dll .; bahan negatif baterai lithium-ion biasanya bahan karbon, seperti grafit dan karbon non-grafit; elektrolit baterai lithium ion terutama larutan tidak berair, terdiri dari pelarut campuran organik dan garam lithium, pelarutnya sebagian besar pelarut organik seperti asam karbonat, dan garam lithium sebagian besar adalah garam lithium polianionik monovalen, seperti Lithium hexafluorophosphate, dll .; pemisah baterai lithium ion sebagian besar adalah membran mikropori polietilen dan polipropilen, yang mengisolasi bahan positif dan negatif, mencegah korsleting yang disebabkan oleh lewatnya elektron, dan memungkinkan ion dalam elektrolit melewatinya.
Selama proses pengisian, di dalam baterai, lithium diekstraksi dari elektroda positif dalam bentuk ion, diangkut oleh elektrolit melalui diafragma, dan tertanam di elektroda negatif; di luar baterai, elektron bermigrasi dari sirkuit eksternal ke elektroda negatif. Dalam proses pelepasan: ion lithium di dalam baterai diekstraksi dari elektroda negatif, melewati diafragma, dan tertanam di elektroda positif; di luar baterai, elektron bermigrasi dari sirkuit eksternal ke elektroda positif. Dengan pengisian dan pemakaian, itu adalah"lithium ion" yang bermigrasi di antara baterai alih-alih elemen"lithium", sehingga baterai disebut"baterai lithium ion".
Kedua, bahaya keamanan baterai lithium-ion
Secara umum, masalah keamanan baterai lithium-ion terlihat seperti terbakar atau bahkan meledak. Akar penyebab masalah ini adalah pelarian termal di dalam baterai. Selain itu, beberapa faktor eksternal, seperti overcharge, kebakaran, pemerasan, tusukan, dan korsleting Masalah lain juga dapat menyebabkan masalah keamanan. Baterai lithium-ion akan menghasilkan panas selama pengisian dan pemakaian. Jika panas yang dihasilkan melebihi kapasitas pembuangan panas baterai, baterai lithium-ion akan menjadi terlalu panas, dan bahan baterai akan menguraikan film SEI, dekomposisi elektrolit, dekomposisi elektroda positif, elektroda negatif dan reaksi samping destruktif seperti reaksi elektrolit dan reaksi elektroda negatif dan pengikat.
1 Bahaya keamanan bahan katoda
Ketika baterai lithium-ion digunakan secara tidak benar, suhu internal baterai akan meningkat, dan bahan aktif dari bahan elektroda positif akan terurai dan elektrolit akan teroksidasi. Pada saat yang sama, kedua reaksi ini dapat menghasilkan banyak panas, menyebabkan suhu baterai meningkat lebih jauh. Keadaan delitiasi yang berbeda memiliki efek yang sangat berbeda pada transformasi kisi bahan aktif, suhu dekomposisi dan stabilitas termal baterai.
2 Bahaya keamanan bahan anoda
Bahan elektroda negatif yang digunakan pada masa-masa awal adalah lithium metalik, dan baterai yang dirakit cenderung menghasilkan dendrit lithium setelah pengisian dan pengosongan berulang, yang kemudian akan menembus diafragma, menyebabkan baterai mengalami korsleting, bocor, dan bahkan meledak. Senyawa interkalasi litium dapat secara efektif menghindari pembentukan dendrit litium dan sangat meningkatkan keamanan baterai ion litium. Ketika suhu meningkat, elektroda negatif karbon dalam keadaan interkalasi litium pertama-tama bereaksi secara eksotermik dengan elektrolit. Di bawah kondisi pengisian dan pemakaian yang sama, laju pelepasan panas dari reaksi antara elektrolit dan grafit buatan yang diselingi litium jauh lebih besar daripada reaksi dengan mikrosfer karbon mesofasa yang diselingi litium, serat karbon, kokas, dll.
3 Bahaya keselamatan diafragma dan elektrolit
Elektrolit baterai lithium ion adalah larutan campuran garam lithium dan pelarut organik. Garam litium komersial adalah litium heksafluorofosfat. Stabilitas termal elektrolit. Pelarut organik elektrolit adalah karbonat, yang memiliki titik didih dan titik nyala rendah, dan mudah bereaksi dengan garam lithium untuk melepaskan PF5 pada suhu tinggi, dan mudah teroksidasi.
4 Bahaya keamanan tersembunyi dalam proses manufaktur
Selama proses pembuatan baterai lithium-ion, proses seperti pembuatan elektroda dan perakitan baterai akan berdampak pada keamanan baterai. Kontrol kualitas dari berbagai proses seperti pencampuran elektroda positif dan negatif, pelapisan, penggulungan, pemotongan atau pelubangan, perakitan, pengisian elektrolit, penyegelan, dan pembentukan semuanya mempengaruhi kinerja dan keamanan baterai. Keseragaman slurry menentukan keseragaman distribusi bahan aktif pada elektroda, sehingga mempengaruhi keamanan baterai. Jika kehalusan bubur terlalu besar, bahan elektroda negatif akan mengalami perubahan yang relatif besar selama pengisian dan pemakaian, dan pengendapan lithium logam dapat terjadi; jika kehalusan bubur terlalu kecil, resistansi internal baterai akan terlalu besar. Jika suhu pemanasan lapisan terlalu rendah atau waktu pengeringan tidak mencukupi, pelarut akan tetap ada, dan pengikat akan larut sebagian, menyebabkan beberapa bahan aktif mudah terkelupas; suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan pengikat menjadi karbon, dan bahan aktif dapat jatuh dan menyebabkan korsleting internal pada baterai.
5 potensi bahaya keamanan selama penggunaan baterai
Baterai lithium-ion harus meminimalkan pengisian yang berlebihan atau pengosongan yang berlebihan saat digunakan. Khusus untuk baterai dengan kapasitas monomer tinggi, gangguan termal dapat menyebabkan serangkaian reaksi samping eksotermik, yang menyebabkan masalah keamanan.
Tiga indikator pengujian keamanan baterai lithium-ion
Setelah baterai lithium-ion diproduksi, sebelum mencapai konsumen, serangkaian tes diperlukan untuk memastikan keamanan baterai semaksimal mungkin dan mengurangi potensi bahaya keselamatan.
1. Tes pemerasan: Letakkan baterai yang terisi penuh pada permukaan yang rata, berikan tekanan 13±1KN oleh silinder hidrolik, dan peras baterai dari permukaan datar batang baja dengan diameter 32mm. Begitu tekanan pencet mencapai stop maksimum Squeeze, baterai tidak terbakar, cukup't meledak.
2. Uji benturan: Setelah baterai terisi penuh, letakkan di permukaan yang rata, letakkan kolom baja dengan diameter 15,8mm secara vertikal di tengah baterai, dan jatuhkan beban 9,1kg secara bebas dari ketinggian 610mm ke kolom baja di atas baterai. Baterai tidak terbakar atau meledak.
3. Tes overcharge: Isi penuh baterai dengan 1C, dan lakukan tes overcharge menurut 3C overcharge 10V. Ketika baterai diisi ulang, tegangan naik ke tegangan tertentu dan stabil untuk jangka waktu tertentu. Ketika mendekati jangka waktu tertentu, tegangan baterai naik dengan cepat. Ketika batas tertentu tercapai, tutup atas baterai ditarik, tegangan turun ke 0V, dan baterai tidak terbakar atau meledak.
4. Tes hubung singkat: Setelah baterai terisi penuh, elektroda positif dan negatif baterai dihubung pendek dengan kawat dengan resistansi tidak lebih dari 50mΩ, dan suhu permukaan baterai diuji. Suhu maksimum permukaan baterai adalah 140℃. Tutup baterai dibuka, dan baterai tidak terbakar atau meledak. .
5. Uji akupunktur: Tempatkan baterai yang terisi penuh pada permukaan yang rata, dan tusuk baterai dalam arah radial dengan jarum baja berdiameter 3mm. Baterai uji tidak terbakar atau meledak.
6. Uji siklus suhu: Uji siklus suhu baterai lithium ion digunakan untuk mensimulasikan keamanan baterai lithium ion ketika berulang kali terkena suhu rendah dan lingkungan suhu tinggi selama transportasi atau penyimpanan. Tesnya adalah dengan menggunakan perubahan suhu yang cepat dan ekstrim. Setelah pengujian, sampel tidak boleh menyala, meledak, atau bocor.
Empat solusi keamanan baterai lithium-ion
Mengingat banyaknya bahaya keamanan yang tersembunyi dari baterai lithium-ion dalam bahan, proses pembuatan dan penggunaan, bagaimana meningkatkan bagian-bagian yang rentan terhadap masalah keamanan adalah masalah yang harus dipecahkan oleh produsen baterai lithium-ion.
1 Tingkatkan keamanan elektrolit
Ada aktivitas reaksi yang tinggi antara elektrolit dan elektroda positif dan negatif, terutama pada suhu tinggi. Untuk meningkatkan keamanan baterai, meningkatkan keamanan elektrolit adalah salah satu metode yang lebih efektif. Potensi bahaya keamanan elektrolit dapat diatasi secara efektif dengan menambahkan aditif fungsional, menggunakan garam litium baru, dan menggunakan pelarut baru.
Menurut fungsi yang berbeda dari aditif, mereka dapat dibagi ke dalam kategori berikut: aditif perlindungan keselamatan, aditif pembentuk film, aditif perlindungan elektroda positif, aditif garam lithium yang menstabilkan, aditif yang mempromosikan pengendapan lithium, aditif anti korosi kolektor saat ini, dan aditif yang meningkatkan keterbasahan. .
Untuk meningkatkan kinerja garam litium komersial, para peneliti telah mensubstitusi atom-atom tersebut dan memperoleh banyak turunan. Diantaranya, senyawa yang diperoleh dengan mensubstitusi atom dengan gugus perfluoroalkil memiliki banyak keuntungan seperti titik nyala yang tinggi, konduktivitas yang sama, dan ketahanan air yang ditingkatkan. , Adalah sejenis senyawa garam lithium dengan prospek aplikasi yang bagus. Selain itu, garam litium anionik yang diperoleh dengan mengkhelat atom boron dengan ligan oksigen memiliki stabilitas termal yang tinggi.
Mengenai pelarut, banyak peneliti telah mengusulkan serangkaian pelarut organik baru, seperti ester asam karboksilat dan eter organik. Selain itu, cairan ionik juga memiliki golongan elektrolit dengan keamanan tinggi, namun relatif umum digunakan elektrolit berbasis karbonat. Viskositas cairan ionik adalah urutan besarnya lebih tinggi, dan konduktivitas dan koefisien difusi diri ion rendah. Masih banyak pekerjaan sebelum kepraktisan. Melakukan.
2 Tingkatkan keamanan bahan elektroda
Lithium besi fosfat dan bahan komposit terner dianggap berbiaya rendah,"keamanan yang sangat baik" bahan katoda, dan mungkin dipopulerkan di industri kendaraan listrik. Untuk bahan elektroda positif, metode umum untuk meningkatkan keamanannya adalah modifikasi lapisan. Misalnya, pelapisan permukaan bahan elektroda positif dengan oksida logam dapat mencegah kontak langsung antara bahan elektroda positif dan elektrolit, menghambat perubahan fasa bahan elektroda positif, dan meningkatkan stabilitas strukturalnya mengurangi gangguan kation dalam kisi kristal untuk mengurangi panas yang dihasilkan oleh reaksi samping.
Untuk bahan elektroda negatif, karena permukaan sering kali paling rentan terhadap dekomposisi termokimia dan pembangkitan panas pada baterai ion litium, meningkatkan stabilitas termal film SEI adalah metode utama untuk meningkatkan keamanan bahan elektroda negatif. Melalui oksidasi lemah, deposisi oksida logam dan logam, polimer atau lapisan karbon, stabilitas termal bahan elektroda negatif dapat ditingkatkan.
3 Desain perlindungan keamanan baterai yang ditingkatkan
Selain meningkatkan keamanan bahan baterai, baterai lithium-ion komersial mengadopsi banyak tindakan perlindungan keselamatan, seperti menyetel katup pengaman baterai, sekering termal, menghubungkan komponen dengan koefisien suhu positif secara seri, menggunakan diafragma yang disegel secara termal, memuat sirkuit perlindungan khusus, dan Sistem manajemen baterai khusus, dll., juga merupakan sarana untuk meningkatkan keamanan.
Lima penyedia solusi keamanan baterai lithium-ion
Karena keamanan baterai lithium-ion semakin menarik perhatian, banyak perusahaan telah melakukan penelitian dan pengembangan secara khusus untuk potensi bahaya keselamatan pada baterai lithium-ion, dan mengedepankan solusi keamanan baterai yang efektif.
Sebagai peneliti paling awal dari teknologi peringatan dan keselamatan pelarian termal baterai listrik domestik dan pelopor perangkat pemadam kebakaran otomatis khusus kotak baterai, Chuangwei New Energy memelopori model pelarian termal baterai lithium-ion", yang mempromosikan pemantauan pelarian termal kotak baterai dan pemadam kebakaran otomatis. Aplikasi teknologi skala besar.
& quot;Lithium-ion battery thermal runaway model" dibagi menjadi tiga dimensi: vertikal, horizontal dan vertikal. Arah vertikal adalah redundansi data dari beberapa sensor, yaitu, beberapa set data sensor di bawah lingkungan yang sama dipasang untuk mensimulasikan kurva karakterisasi data dari bahan yang berbeda dan lingkungan yang berbeda; arah horizontal adalah algoritma waktu kontinu untuk data historis sensor untuk menghilangkan kebisingan. Interferensi secara efektif memecahkan masalah alarm palsu, alarm palsu, dan jeda peringatan dini dalam metode ambang batas; tusukan vertikal, backlog jarum tumpul dan metode lain digunakan untuk mensimulasikan proses pelarian termal dari berbagai jenis baterai listrik.
Melalui fusi tiga dimensi, metode matematika, berdasarkan sejumlah besar eksperimen dan data operasi nyata, hubungan internal antara berbagai variabel yang disebabkan oleh pelarian termal dirangkum, dan prinsip-prinsip neurologis digunakan untuk membentuk yang sangat awal, sangat andal, dan mandiri. -operasi"ion lithium" Baterai model pelarian termal" menyadari peringatan dini dan kontrol cerdas dari bahaya tersembunyi dalam masa pakai baterai.
Sejumlah besar contoh peringatan dini yang terjadi dalam operasi kendaraan yang sebenarnya membuktikan keefektifan dan kemajuan model ini, menjadikannya teknologi inti dari peringatan pelarian termal kotak baterai saat ini dan pemadam kebakaran otomatis.
Baterai Shenzhen Benwei adalah perusahaan teknologi tinggi yang mengkhususkan diri dalam R&D, produksi dan penjualan baterai lithium-ion. Area aplikasi produknya meliputi: baterai lithium kendaraan listrik, baterai daya lithium, baterai lithium penyimpanan energi, dll. Perusahaan dan produsen sel baterai menjaga stabilitas jangka panjang Hubungan kerjasama, dan menerapkan pencapaian dan konsep teknologi terbaru ke seluruh rangkaian produk proses pembangunan. Bengkel manufaktur dilengkapi dengan peralatan produksi yang maju dan instrumen pengujian kelas satu. Pada saat yang sama, ia memiliki sekelompok tim manajemen kualitas dan produksi profesional, secara ketat setiap langkah dari tautan produksi, dan melalui pengoptimalan dan peningkatan berkelanjutan dalam proses untuk memastikan keamanan baterai.
