Безопасность и решения ионно-литиевого блока питания

В дополнение к высокой цене, малому запасу хода и недостаточной инфраструктуре для зарядки и переключения, безопасность ионно-литиевого блока питания является серьезной проблемой для клиентов и экспертов при разработке транспортных средств на новых источниках энергии. Эта проблема также влияет на продвижение энергии ионно-литиевого блока питания. Ключом к обеспечению безопасности литий-ионных аккумуляторов источников питания является создание устойчивых к короткому замыканию, перезарядке, тепловому разгону, воспламенению и негорючих электролитов.

Ⅰ. Механизм опасного поведения ионно-литиевого блока питания

<р>1. В дополнение к обычным процессам зарядки и разрядки ионно-литиевый блок питания содержит несколько возможных экзотермических побочных реакций. Эти экзотермические побочные реакции легко инициируются, когда температура литий-ионного аккумулятора ИБП или зарядное напряжение слишком высоки.

<р>2. Важные побочные эффекты перегрева литий-ионных аккумуляторов ups включают: при температурах выше 130°C покрытие SEI разлагается, что приводит к распаду электролита и выделению значительного количества тепла на открытой поверхности катода из высокоактивированного угля. При этом температура литий-ионного аккумулятора ИБП повышается. Это источник теплового разгона батареи.

<р>3. Экзотермический тепловой пробой состояния зарядки положительного электрода вместе с последующим разложением электролита, вызванным активным кислородом, увеличил накопление тепла внутри ионно-литиевой батареи ИБП, способствуя тепловому разгону.

<р>4. Термическое разложение электролита приводит к экзотермическому разложению электролита, в результате чего температура батареи повышается быстрее, так что связующее вещество литий-ионного аккумулятора ups вступает в реакцию с высокореактивным отрицательным электродом. Реакция между LixC6 и PVDF начинается примерно при 240°C с максимальной температурой 290°C и теплотой реакции 1500 Дж/г. Окислительная деградация органического электролита и образование газа с небольшими органическими молекулами, которые приводят к повышению внутреннего давления и температуры батареи, являются ключевыми побочными реакциями перезарядки.

<р>5. Когда скорость тепловыделения экзотермической побочной реакции превышает скорость тепловыделения ионно-литиевого блока питания, внутренняя температура батареи быстро растет и входит в состояние неконтролируемого самонагрева, называемого тепловым разгоном, что приводит к выходу батареи из строя. горение. Чем медленнее рассеивается тепло, тем больше тепловыделение более толстой и крупной батареи и тем выше вероятность возникновения проблем с безопасностью.

Ⅱ. Факторы, вызывающие опасное поведение ионно-литиевого блока питания

Следующие три обстоятельства являются наиболее распространенными причинами короткого замыкания:

1) поверхность диафрагмы ионно-литиевого блока питания, проводящая пыль, смещение положительного и отрицательного электродов, заусенцы электрода, неравномерное распределение электролита и другие технологические факторы;

2) металлические примеси в материале;

3) низкотемпературная зарядка, зарядка сильным током, слишком быстрое ухудшение характеристик отрицательного электрода, что приводит к осаждению лития на поверхности отрицательного электрода, вибрации или столкновению и другим процессам применения.

Существуют и другие проблемы с перезарядкой, в том числе локальная перезарядка литий-ионного блока питания, вызванная зарядкой высоким током, локальная перезарядка, вызванная неравномерным покрытием электрода и распределением электролита, а также такие факторы перезарядки, как быстрое ухудшение характеристик положительного электрода.

Ⅲ. Меры предосторожности при коммерциализации ионно-литиевого блока питания

Для безопасности ионно-литиевого блока питания, поскольку термическое разрушение материала катода является лишь частью реакции теплового разгона, литий-ионный аккумулятор с фосфатом железа не является полностью безопасным с теоретической точки зрения. Аккумуляторы большой емкости, устанавливаемые в автомобили, должны быть осторожны.

Во-вторых, из-за вероятности обнаружения батареи даже ионно-литиевый блок питания, прошедший испытания на безопасность, не может гарантировать полную безопасность. Аккумуляторы, подвергшиеся зарядке при низкой температуре, а также аккумуляторные модули и аккумуляторы должны быть проверены на безопасность после определенного количества недель полных циклов зарядки и разрядки.

Кроме того, производители стараются максимально поддерживать температуру окружающей среды ионно-литиевого блока питания в диапазоне 2045°C во время использования блока питания, что не только увеличивает срок службы и надежность батареи, но и предотвращает короткое замыкание. проблемы с цепью и высокотемпературным тепловым разгоном, вызванные низкотемпературным осаждением лития.