リチウムイオン電池の紹介

新エネルギー車の開発プロセスでは、高価格、短いゴルフ練習場、不十分な電力供給と交換インフラストラクチャに加えて、電力の安全性が消費者と専門家の焦点となっています。この問題は、パワーバッテリーの比エネルギーの増加にも影響します。

「短絡防止、過充電防止、耐熱制御、不燃性、不燃性の電解質を開発することは、パワーバッテリーの安全性の鍵です。」武漢大学の習近平教授は、上海で開催された第14回中国国際産業博覧会での新エネルギー車産業開発のピークBBSについて強調しました。

リチウムイオン電池の危険な動作のメカニズム

Xinping Aiは、通常の充電と放電の反応に加えて、リチウムイオン電池には多くの潜在的な発熱副反応があると指摘しました。バッテリーの温度や充電電圧が高すぎると、これらの発熱副反応が起こりやすくなります。

主な過熱副反応は次のとおりです。1。SEI膜は130°Cを超える温度で分解するため、露出した高活性炭素負極の表面での大量の還元によって電解質が遊離し、結果として増加します。バッテリー温度で。これがバッテリーの熱暴走の根本的な原因です。

2.充電状態の正極の正極状態の熱、および活性酸素によって引き起こされる電解質の分解は、電池内部の熱蓄積をさらに悪化させ、熱暴走を促進します。

3.電解液の熱分解により、電解液は熱を放散し、バッテリーの温度上昇を加速します。

4.バインダーと高活性負極との反応。 LixC6とPVDFの反応の初期温度は約240°C、ピーク温度は290°C、反応熱は1500 J / gです。

主な過充電副反応は、有機電解質が酸化および分解して有機小分子ガスを生成することです。これにより、バッテリーの内圧が上昇し、温度が上昇します。

発熱側反応の発熱率がパワーバッテリーの放熱率よりも高い場合、バッテリーの内圧と温度が急激に上昇し、制御不能な自己発熱状態になります。つまり、熱が出ます。制御の、バッテリーを燃やす原因になります。バッテリーが厚いほど、容量が大きくなり、熱放散が遅くなり、発熱量が大きくなるほど、安全上の問題が発生する可能性が高くなります。

リチウムイオン電池の危険な動作の開始要因

これには主に、次の3つの条件によって引き起こされる短絡が含まれます。1プロセス表面の導電性ダスト、正極と負極のミスアライメント、ポールピースのバリ、電解液の分布の不均一。材料中の2つの金属不純物。 3低温充電、大電流充電、負極性能過度の減衰は、リチウムの塗布、振動、または負極の表面での衝突につながります。

さらに、大電流充電による局所的な過充電、ポールピースの不均一なコーティングによる極端な過充電、電気油圧の不均一な分布、および正極性能の過度の減衰などの過充電要因があります。

リチウムイオン電池の安全技術の進歩

電池の安全設計と製造、PTC電流制限装置、圧力安全弁、ヒートシールされたダイヤフラム、電池材料の熱安定性の向上などの従来の方法には限界があり、電池の危険な動作の可能性をある程度減らすことしかできません。 Xinping Ai氏は、この問題を根本的に解決するには、短絡防止、過充電防止、熱損失制御、燃焼防止および不燃性電解質の新技術を研究し、電池の自励式安全保護メカニズムを確立する必要があります。

1.バッテリーの内部短絡を防止します。セラミックダイアフラムや負の熱抵抗層などの保護コーティング。

2.過充電防止技術。

添加剤へのレドックスパワー：レドックス電気ペアO / Rが電解液に追加されます。バッテリーが過充電されると、Rは正極でOに酸化され、次にOが負極に拡散してRに還元されます。この内部循環により、充電電位が安全な値にクランプされ、電解質の分解やその他の電極反応が抑制されます。

ジメトキシベンゼン誘導体は安定した電圧クランプ能力を持っていますが、溶解度が低いため、クランプ能力は0.5℃未満です。バッテリーの自己放電が大きい。シャトルの分子構造については、さらなる研究が必要です。

可逆過充電保護は、バッテリーの過充電の問題を解決するだけでなく、バッテリーパック内の単一バッテリーの容量バランスを促進し、バッテリーの一貫性の要件を減らし、バッテリーの寿命を延ばします。

B、感電ダイヤフラム：ダイヤフラム部分の微細孔に電気活性高分子を充填しています。通常の充電および放電電圧範囲では、ダイヤフラムは絶縁状態にあり、イオン伝導のみが許可されます。充電電圧が制御値に達すると、ポリマーは酸化され、電子伝導状態にドープされます。正極と負極の間に高分子導電性ブリッジを形成し、充電電流をバイパスすることで、バッテリーの過充電を防ぎます。

3.熱暴走を防ぐ技術。

A、感温電極（PTC電極）：PTC材料は、常温でポリマーマトリックスに分散した導電性カーボンブラックと良好に接触し、良好な電子輸送チャネルを形成でき、高い電子伝導性を備えています。温度が複合材料のキュリー転移温度まで上昇すると、ポリマーマトリックスが膨張し、導電性カーボンブラックが非接触になり、複合材料の導電率が急激に低下します。

高温では、PTC電極集電体と電極活性コーティングの間に埋め込まれたPTCコーティングの抵抗が急激に増加し、電流の伝達を遮断し、バッテリーの反応を停止し、熱暴走によるバッテリーの安全性を妨げます。

たとえば、PTCコバルト酸リチウム（LiCoO2）電極の実験結果は、80〜120°Cの高温で優れた自己励起熱遮断効果を示し、過充電によるバッテリーの安全性を防ぎ、外部短絡。

ただし、PTC電極は内部短絡ができません。さらに、ポリマーPTC材料の温度応答特性はまださらに最適化されていません。

B、ヒートシールされた電極。ナノ球形のホットメルト材料の層が、電極または膜の表面で修飾されます。常温では、球状粒子の蓄積により多孔質が形成され、イオンの液相輸送に影響を与えません。温度が球形材料の溶融温度まで上昇すると、球は溶融して緻密な膜になり、イオン輸送が遮断され、電池の反応が停止します。

C、熱硬化電池：熱重合が可能なモノマーを電解液に添加します。温度が上昇すると、重合が起こり、電解質が固化し、イオン輸送が遮断され、電池の反応が停止します。たとえば、実験では、BMI電解質添加剤がバッテリーの充電と放電にほとんど影響を与えないことが示されています。高温では、BMIはバッテリーの充電と放電を阻害する可能性があります。

4.バッテリーの燃焼を防ぐための不燃性電解液。有機リン酸塩は、高い難燃性と電解質塩を溶解する強力な能力の特徴を持っています。たとえば、DMMP（ジメトキシメチルホスフェート）：低粘度（CP〜1.75、25°C）、低融点、高沸点（-50〜181°C）、強力な難燃剤（P含有量：25％）、リチウム塩は溶解度が高い。

ただし、難燃性溶剤には、負極との相溶性が悪いこと、電池の充放電効率が悪いことなどの問題があります。したがって、一致するフィルム形成添加剤を見つける必要があります。

パワーバッテリーの商品化において注意すべき安全性の問題

リチウムイオン電池の安全性について、Xinping Aiは、第一に、正極材料の熱分解は熱暴走反応の一部にすぎないため、理論的にはリン酸鉄リチウム電池は絶対に安全ではないと考えています。大容量バッテリーは、ロードする際に注意する必要があります。 。

第二に、バッテリー検出の可能性があるため、安全性によってテストされたパワーバッテリーは絶対的に安全であると証明することはできません。厳密に言えば、バッテリーは、完全な充電と放電の特定のサイクル数の後にテストする必要があります。低温充電後のバッテリー;バッテリーモジュールとバッテリーパックの安全性がテストされています。

そして、バッテリーの過程で、 20〜45℃の環境温度制御範囲でパワーバッテリーとして自動車メーカーは、バッテリーの寿命と信頼性を向上させるだけでなく、によって引き起こされる低温分析リチウム問題を回避することができます短絡および高温熱暴走。

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