パワーリチウムイオン電池の安全性に影響を与える要因

リチウムイオン電池技術の継続的な更新と開発により、軽量、大容量、長寿命の利点が徐々に消費者に支持されてきました。その市場は携帯電話からカメラ、DVD、模型飛行機、おもちゃ、その他の分野に拡大しています。近年、リチウムイオン電池は、電気ハードウェア、工具、バックアップ電源、電圧調整器、電動自転車、軽電気自動車などの大型機器で注目を集めています。これらのデバイスには、大容量で高電力条件のバッテリーが必要です。リチウムイオン電池が高安全性、高出力、長寿命という基本的な要件を満たすことができるかどうかは、多くの専門家や学者にとって重要なトピックです。

パワーリチウムイオンバッテリーの安全性とは、一般的に、パワーバッテリーの不適切な使用、誤動作、事故や乱用、バッテリーの膨らみ、使用基準を超える温度圧力、さらには爆発や火災によって引き起こされる事故を指し、ユーザーの安全を脅かします。生活と財産。 。爆発と火災は最も深刻な安全上の問題です。爆発を引き起こすリチウムイオン電池の乱用の内部原因は複雑ですが、それらのほとんどは過度の温度と圧力によって引き起こされ、2つの原因のほとんどはリチウムイオン電池の熱暴走反応に起因する可能性があります。つまり、発熱反応です。これらの発熱反応は、一般に、電池電極のＳＥＩ膜の分解、リチウムを溶媒と挿入する反応、正極材料の分解反応などを含む。

正極材料は重要なマンガン酸リチウムです

パワーリチウムイオン電池の安全性においては、電極材料の正極材料が鍵となり、リチウムイオン電池の安全上の問題の主な原因でもあります。高エネルギー密度、高安全性、環境保護、低価格の電極材料の探求は、パワーバッテリーの開発の鍵です。現在一般的に使用されているカソード材料は、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケルニッケルコバルトマンガン酸化物、およびリン酸鉄リチウムです。国内外で得られたデータによると、コバルト酸リチウムはパワーバッテリーの安全上の問題です。通常、パワーバッテリーの正極材料としては使用されません。マンガン酸リチウムの使用が一般的です。ニッケル-コバルト-マンガン酸塩は中国ではあまり使用されていません。台湾と日本の一部のメーカーが使用しています。

豊富なマンガン資源（特に中国では、世界で3番目に高い埋蔵量）、低コスト、環境にやさしい、高い放電電圧、成熟した技術、優れた安全性を備えたリチウムマンガン酸により、他の層状構造は不可能です高い充放電能力などのアノード材料の利点と一致するため、リチウム電力電池の推進において、リチウムマンガン酸は大きな利点を持っています。比容量は比較的小さいですが、パワーバッテリー自体のサイズが大きいことは明らかな弱点ではありません。リチウム-アノード材料としてマンガン酸リチウムを使用したイオン電池は、優れた安全性と熱安定性を備えています。ただし、マンガン酸リチウムには、容量の減衰が速く（特に高温で）、サイクル寿命が短いという欠点もあり、実際の使用プロセスが妨げられます。

リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物材料の利点は、高い比容量と優れたサイクル性能です。製造されたリチウムイオン電池は、比エネルギーが非常に高く、重量や体積が厳しく制限されているが、高エネルギーが必要な分野での使用に適しています。コバルトやニッケルなどの金属を使用しているため、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物の価格は、コバルト酸リチウムに次ぐ価格です。しかし、現在、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物は、パワーバッテリーの用途でまだ評価されていません。国内で使用される材料は、通常、安全性能を向上させるためにドーピングによって変更されますが、大規模な適用は観察されていません。

リン酸鉄リチウムは、原料が豊富で、低価格、高い比容量、優れた高温サイクル性能、高い安全性能という利点があり、有望なパワーバッテリーカソード材料です。パワーバッテリーの新しい正極材料としてのリン酸鉄リチウムの使用は、近年熱くなっています。特許問題の制限により、ヨーロッパや北米には大規模なリン酸鉄リチウム電池のメーカーは多くなく、市場は基本的に少数のメーカーによって独占されています。中国の多くのリチウムイオンメーカーは、リン酸鉄リチウムパワーバッテリーの研究開発に投資してきましたが、技術やプロセスレベルの違いにより、製品の品質は大きく異なります。

添加剤と電解質が安全性を確保します

パワーリチウムイオンバッテリーの設計も、バッテリーの安全性に影響を与えます。

正と負の比率、接着剤の種類、ダイヤフラムの組み立て方法、耳の種類、溶接方法、および梱包形態を注意深く計算および制御することによってのみ、ポールピースの電流分布を得ることができます。合理的で、バッテリーの分極は小さく、熱放散は良好で効率的かつ安全です。安全上の理由から、パワーバッテリーは、バッテリーシステムが環境に熱を伝達する速度が、異常が発生したときにシステムが熱を生成する速度よりも大きいかどうかを考慮して設計されることがよくあります。これにより、熱暴走の可能性が決まります。反応。

パワーバッテリーの安全性をさらに高めるために、多くのメーカーは一般にバッテリーの電解質に機能性添加剤を添加しています。これらの添加剤には、過充電防止、鼓腸防止、低温および難燃効果があります。電解液に難燃剤を添加することも、パワーバッテリーの安全性を向上させるための重要な方向性であることに言及する価値があります。難燃剤を添加する目的は、電解質燃焼の酸素指数を上げることです。材料の酸素指数が27を超えると、それは難燃性物質であり、現在開発されている難燃剤がこの指数に近づいているか、または到達していることはよく知られています。パワーバッテリー電解質の場合、個々の機能インジケーター用の添加剤の開発は難しくありません。難しいのは、他の従来の特性を考慮しながら、電解質の安全性を確保することです。電解質の機能のバランスをとるために、多官能基と複合添加剤の研究も研究開発の方向性です。

保護ボードは必須です

パワーリチウムイオン電池の安全性を高めるために、保護板は電池パックの必需品です。ほとんどの場合、リチウム保護ボードは、電圧、電流、温度などのリチウムイオン電池の動作条件を制御する機能を備えている必要があります。リチウムイオン電池は特殊な用途に使用されるため、システム全体の安全性と信頼性を確保するために、パワーリチウムイオン電池を保護ボードと一緒に使用する必要があります。ペア組み立てや長期使用の過程で、バッテリーパックには必然的に個人差があります。保護ボード（またはバッテリー管理システム）は、電圧、電流、温度、さらにはバッテリー全体の容量を監視する役割を果たします。正確かつ正確であるために、それはその正当な役割を果たすことができます。同時に、バッテリーパックの個々の性能の違いにより、各バッテリーの電圧と利用可能な容量は、同じ充電電流と放電電流の下で異なります。サイクル数が増えると、各バッテリーの性能差が大きくなり、バッテリーパック全体の性能が大幅に低下し、寿命が大幅に短くなります。バッテリーパックの性能が単一バッテリーの性能レベルに到達または近づくためには、バッテリーパック内の各モノマーの充電および放電性能の劣化を最小限に抑えるために、それぞれのバッテリーを均等化する必要があります。現在、ほとんどのメーカーは、リチウムイオンバッテリーパックを維持するためにバランスの取れた充電保護ボードを使用しています。

したがって、パワーリチウムイオン電池の安全率では、電極材料が重要な要素であり、業界試験基準を保証できる材料システムは、マンガン酸リチウムとリン酸鉄リチウムのみです。メーカーが一般的に使用する安全性能添加剤と互換性のある電解質は、パワーリチウムイオン電池のより良い使用を保証します。また、リチウムイオン保護ボードは、リチウム電池を保護するためのさまざまな機能を備えており、電源電池を安全かつ確実に使用することができます。充電均等化機能を実用化することで、パワーリチウムイオン電池が高い安全性と長寿命で動作することを保証します。将来の動向の観点から、パワーリチウムイオン電池、特殊保護ボードおよび機器の共同開発は、科学的な開発パスです。

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