Безопасность литиево-ионных аккумуляторов - важная проблема, связанная с безопасностью жизни и имущества пользователей. Поэтому, независимо от того, какие высокие показатели производительности мы преследуем, безопасность всегда является проблемой, которую мы не можем избежать или избежать. Термическая утечка является самой серьезной проблемой для литий-ионных батарей. В случае несчастного случая в области безопасности тепловой утечек приведет к тому, что литий-ионный аккумулятор загорится и взорвется, что серьезно угрожает безопасности жизни пользователя и его свойствам. Поэтому литий-ионная батарея должна полностью учитывать проблему безопасности при проектировании.
Внешнее короткое замыкание вызывает значительное количество тепла внутри литиево-ионной батареи в течение короткого времени, что приводит к разложению положительных и отрицательных активных материалов и электролита, в результате чего литиево-ионная батарея загорается и взрывается. Различные виды тепла батареи Разница в стабильности, теплопроизводстве в тепловом убегании не то же самое, следующий рисунок для результатов теста DSC с внутренним общим литиево-ионным аккумулятором, прежде всего, мы берем левый нижний угол материала Li4Ti5O12 в качестве примера для ознакомления с методом просмотра этой фотографии, мы впервые увидели На рисунке Q LTO представляет собой скорость тепловыделения LTO-материала, а H представляет собой полное тепловыделение LTO. Три температуры слева направо - это температура запуска Tonset, максимальная температура Tpeak и конечная температура на конечной точке, что означает более близкую цифру. Чем ниже термостойкость материала в нижнем правом углу, тем ниже выработка тепла, тем ниже высота его собственных «цветных блоков», тем ниже мощность производства тепла. Эта картина позволяет более ярко увидеть термическую стабильность обычных литиево-ионных аккумуляторных материалов. , что дает нам некоторые рекомендации по разработке литий-ионных батарей.
Несмотря на то, что существует много исследований по термической стабильности литиево-ионных аккумуляторных материалов, исследования термической стабильности всей батареи не проводились. Недавно исследовательская группа He Xiangming Университета Цинхуа использовала ускорительную калориметрию ARC и дифференциальную сканирующую калориметрию DSC. Для источника тепла в тепловом убегании были изучены литий-ионные батареи с различными материалами. В эксперименте было исследовано четыре типа литиево-ионных батарей. Информация о четырех типах батарей приведена в следующей таблице.
Изменения температуры, напряжения и внутреннего сопротивления четырех батарей в тесте ARC с ускоренной калориметрией показаны на рисунке ниже (все батареи были заряжены до 100% SoC перед тестированием). Сначала давайте посмотрим на первую батарею, начиная с На следующем рисунке а мы видим, что батарея начинает вырабатывать тепло при 100 ° C. При 247 ° C батарея разряжается, а температура внезапно повышается до 866,3 ° C. Весь процесс термического разгона разделяется на четыре части команды. :
i. Стадия 1 начинается при 100 ° C и заканчивается на уровне 134,8 ° C. В ходе этого процесса основным источником тепла являются разложение мембраны SEI и саморазряд материала положительного электрода.
Ii. Стадия 2 начинается при 134,8 ° C и заканчивается при 173,4 ° C. Во время этого процесса диафрагма начинает разрушаться, напряжение батареи начинает падать, скорость повышения температуры батареи значительно ускоряется, а внутреннее короткое замыкание в конечном итоге происходит при 173,4 ° C, а напряжение падает до При 0 В внутреннее короткое замыкание является основным источником тепла в процессе.
Iii. Стадия 3 начинается с 173,4 ° C и заканчивается при 247 ° C, что в конечном итоге приводит к термическому побегу. Разложение анодных и катодных материалов является основным источником тепла.
Iv. Этап 4 начинается с 247 ° C и заканчивается на уровне 886,3 ° C. Тепловой побег батареи происходит в основном на этой стадии. На этом этапе также инициируется реакция между положительным и отрицательным электродами и электролитом, в результате чего батарея генерирует больше Тепло.
Для второй батареи, батарея, само нагретая от 100 ° C, тепловой побег произошел при 208,8 ° C и, в конечном итоге, достиг 367,8 ° C. Термический разгон батареи также был разделен на четыре фазы, как показано ниже.
i. Стадия 1, начиная с 100 ° C и заканчивая 155,7 ° C, разложение пленки SEI и саморазряд положительного электрода являются основным источником тепла во время этого процесса.
Ii. Стадия 2 начинается при 155,7 ° C и заканчивается при 170,3 ° C. Источником тепла на этой стадии является в основном реакция отрицательного электрода с электролитом.
IІ. Стадия 3 начинается с 170,3 ° C и заканчивается при 212 ° C. На этом этапе диафрагма начинает уменьшаться, а напряжение начинает падать. Основным источником тепла на этом этапе является внутреннее короткое замыкание и экзотермическая реакция отрицательного электрода.
Iv. Этап 4 начинается с 212,4 ° C и заканчивается на 367,9 ° C. На этом этапе диафрагма разрушается, что вызывает серьезное внутреннее короткое замыкание, и температура батареи быстро возрастает. В то же время, согласно положительным и отрицательным данным DSC-теста, можно судить, что положительный электрод LFP и отрицательный электрод MCMB На этом этапе также выделяется много тепла.
Третья батарея начала саморазогреваться при 85 ° C, а тепловое убегание произошло при 190,6 ° C. Максимальная температура достигла 634,6 ° C. Реакция третьей батареи была разделена на две фазы, как показано ниже.
i. Стадия 1 начинается при 85 ° C и заканчивается при 190,6 ° C. Отрицательный электрод 3-й ячейки начинает экзотермически реагировать от 85 ° C, что намного ниже, чем 1-я и 2-я ячейки, а также из-за поверхности мембраны. Без покрытия сильное внутреннее короткое замыкание произошло быстро после того, как разделитель начал таять.
Ii. Второй этап начинается с 190,6 ° C, а конечная батарея достигает 634,6 ° C. На этом этапе нагрев батареи в основном происходит от положительного электрода и реакции между отрицательным электродом и электролитом.
Четвертый тип батареи начинает вырабатывать тепло при 116,5 ° C. Максимальная температура батареи при тепловом убегании достигает 215,5 ° C. Весь процесс можно также разделить на два процесса.
i. Стадия 1 начинается с 116,5 ° C и заканчивается при 192,8 ° C. Во время этого процесса тепло в основном происходит из-за реакции между анодным и катодным материалами и электролитом.
Ii. Второй этап начинается с 192,8 ° C и заканчивается при 215,5 ° C. Во время этого процесса скорость повышения температуры батареи продолжает уменьшаться, что указывает на то, что разложение положительных и отрицательных электродов постепенно останавливается на этом этапе.
Поскольку тест DSC показывает, что температура отказа разделительного сепаратора достигает 290 ° C, четвертая батарея не будет иметь внутреннего короткого замыкания в тесте ARC. Поэтому четвертая батарея в испытании в основном исходит из материалов с положительным и отрицательным электродами и электролита. Реакция.
Некоторые данные для четырех батарей в тесте показаны в таблице ниже.
Из приведенных выше результатов испытаний мы убедились, что термическая стабильность литий-ионных батарей тесно связана с положительными и отрицательными электродными материалами и сепараторами. Серьезные внутренние замыкания в первой и третьей батареях вызывают серьезную реакцию между положительными и отрицательными электродными материалами. В результате термического разгона батарея излучает большое количество тепла в течение всего процесса, даже больше, чем энергия, хранящаяся в литий-ионной батарее. Термический отскок второго типа батареи намного более мягкий, а четвертый тип батареи находится в выключенном состоянии. Отсутствие внутреннего короткого замыкания, поэтому второй и четвертый типы батарей излучают значительно меньше тепла в тесте, чем энергия, хранящаяся в батареях. Поэтому, как избежать серьезного внутреннего короткого замыкания, необходимо улучшить термическую стабильность литий-ионных батарей Ключ.
