Die Entwicklungsgeschichte von Lithium-Ionen-Batterien - kurze Einführung in das Überladen

Die Unfallwahrscheinlichkeit (LIB) der Lithiumbatterie ist aufgrund ihres eigenen Defekts extrem gering. Im März 2009 gab die in Florida abgehaltene "26 International Battery Seminar & Exhibit" der Battery International Society in den Sandia National Laboratories (SNL) bekannt, dass die Batterie selbst eine Unfallwahrscheinlichkeit von weniger als 1 ppm verursacht Unfallwahrscheinlichkeit zwischen 0,2 und 0,5 ppm, mehr als die Qualitätskontrollmethode für das Management der Six Sigma (Six Sigma) -Grenze.

1 PPM Wahrscheinlichkeit ist extrem niedrig, kann als seltenes Phänomen bezeichnet werden.1 Jahr in den Vereinigten Staaten starb in der Wahrscheinlichkeit eines Blitzes ist etwa 1 PPM. Die Wahrscheinlichkeit des ersten Preises in Japan, * * * 0,1 PPM zu kaufen. Das heißt, die LIB aufgrund ihrer eigenen Mängel in der Unfallwahrscheinlichkeit etwas höher als der erste Preis, und Blitz sterben grundsätzlich gleich. Dies liegt daran, dass die LIB mehrere Sicherheitsgegenmaßnahmen ergriffen hat.

LIB ist die tatsächliche Unfallwahrscheinlichkeit jedoch viel höher als in der Größenordnung von PPM. Dies liegt daran, dass die meisten durch den Unfall verursachten Fehler nicht die Batterie selbst sind, sondern die externen Faktoren. In der zuvor erwähnten SNL sagte die überwiegende Mehrheit der Unfallursache Extrusion, Erwärmung, Aufladung und andere externe Faktoren.

Tatsächlich kennen nur wenige Menschen die Situation. Bis jetzt ist viele Sicht auch die Hauptursache des Unfalls, da die Batterie selbst fehlerhaft ist. Die japanische Batterieindustrie wird kürzlich Testblech in die Batterie vorschlagen, um die Sicherheit der Testmethode zu gefährden. Spezifische Methoden sind nach dem Wickeln von Batteriekomponenten Blech einlegen, durch Ladedruck, Kraft des Metalls zu internem Kurzschluss führen. Untersuchung in diesem Prozess der Batterie, ob das Phänomen wie Fieber, Rauch und Feuer. Dies liegt daran, dass es Kritiker gibt, "Herstellungsprozess mit LIB-Metallstücken wird die interne Kurzschlusssicherung sein, schließlich Unfälle verursachen".

Die meisten Batterieunfälle aufgrund unsachgemäßer Verwendung

Die meisten Hersteller haben den gleichen Basistest durchgeführt. Sein Vertreter ist verantwortlich, mit Nägeln durch den Nageltest der Batterie. Auf dieser Basis sollten die Verunreinigungen, beispielsweise wenn die Batterie aus Blech besteht und durch den Alterungstest einen kleinen internen Kurzschluss auslöst, herausgefiltert werden. Dies bedeutet, dass die defekten Batterien als geringe Wahrscheinlichkeit von Waren auf den Markt kommen. Der Test der Batterieindustrie wird tatsächlich implementiert, indem derselbe Test wiederholt wird, wobei die Notwendigkeit vermutet wird.

Natürlich gibt es keinen internen Kurzschluss, auch wenn sie im Gebrauchsprozess gebaut wurden, ist die Batterie auch durchaus interner Kurzschluss möglich. Annahmen beim Laden, Elektrode innerhalb des dendritenförmigen Metalls erzeugt, die den internen Kurzschluss verursacht. Es gibt zwei Hauptgründe, die diesen Fehler verursachen. Eine ist das Laden und Entladen, die elektrodendotierte Metallauflösung im Elektrolyten, die extreme Ausfällung.

Der andere befindet sich in der Batterie und enthält Hunderte von PPM-Werten (bezogen auf den Anteil an der Gesamtmenge) an Elektrolytmengen an Wasser. Nachdem Wasser in die Batterie gelangt ist, kann es mit dem Leitelektrolyten LiPF6 reagieren, Flusssäure (HF) .HF-Säure produzieren, das positiv aktive Material auflösen und durch das Sammeln von Elektrizität beim Laden und Entladen dieses Material in Metalldendritenform in extremer Ausfällung machen. LIB erschien gerade, auch in der Trockenkammer hergestellt, trockener Winter, verglichen mit stark nassen Sommerprodukten von Winterprodukten in allen Aspekten der Leistung ist besser, daher ist LIB empfindlich gegenüber Feuchtigkeit in der Produktionsumgebung.

Nun muss der Batterieherstellungsprozess die Maßnahmen ergreifen, um Feuchtigkeit vollständig zu entfernen. Zum Beispiel, um verschiedene Materialien zu trocknen. Ist der wichtigste Schritt, für die leichte Feuchtigkeitsaufnahme der zum Trocknen verwendeten Kohlenstoffnegativelektrode, der Elektrolyt nach dem Dehydrationsturm, die Entfernung von Spurenfeuchtigkeit. Und Herstellung, um den Taupunkt zwischen 40 ° C und 60 ° C einzustellen - in der Trockenkammer. Um auf der sicheren Seite zu sein, nach den Batteriekomponenten, aber auch Vakuumtrockner verwenden, um das Element wieder zu trocknen.

Umfassende Strategie bedeutet, dass im Herstellungsprozess selbst der kleinste Fehler dazu führen kann, dass Zellen sich selbst als Ursachen für schwere Unfälle erscheinen. Die Hersteller von LIB müssen sich daher daran erinnern, dass der Herstellungsprozess der Batterien etwas locker sein wird.

Unabhängig davon, wie vorsichtig die Batteriehersteller im Herstellungsprozess sind, erhöhen sie die Sicherheit, Benutzer werden nicht richtig eingesetzt und können das Auftreten des Unfalls verhindern. Wie bei SNL und TIAX ist es viel wahrscheinlicher, dass externe Faktoren im Vergleich zu den Defekten der Batterie selbst einen Unfall verursachen.

Das Laden ist ein Feind der Sekundärbatterie

Was ist der richtige Gebrauch von Batterien? Das Wichtigste ist, eine Überladung zu vermeiden. Spuren der Aufladung können auch zu Rauch- und Feuerunfällen führen. FUJITSUTECHNORESEARCH hat zum Beispiel im Extrusionstest und im Verschleißnageltest eine Spannungsladungs-LIB von 4,25 V bzw. 4,30 V (Abbildung 1). Als Ergebnis erschien die LIB von 4,25-V-Batterien ohne Probleme und die Lade-LIB von 4,30 V als Rauch und Feuer. Der Unterschied von nur 50 MV kann zu einem schweren Unfall führen.

Abbildung 1: Die Batterie brennt einen großen Grund ist, dass eine Ladung

Ladespannung (nur 50 MV, Batterieverbrennung erfolgt (a, b). (Foto: FUJITSUTECHNORESEARCH)

Das Aufladen führt zu einem Unfallrisiko, das nicht nur in der LIB, sondern auch in der gesamten Sekundärbatterie besteht. Die Sicherheit ist viel höher als die LIB der Ni-Cd-Sekundärbatterie (Nickel-Cadmium). Unter Verwendung eines wässrigen Elektrolyten werden die positiven und negativen unter Verwendung von Nickel (Ni) - und Cadmium (Cd) -Verbindungen verwendet. Es gibt kein Feuerelement. Trotzdem besteht für den Akku weiterhin das Risiko eines Ladestatus.

Ni - Cd, nachdem die Sekundärbatterie voll ist, erzeugt die Anode Sauerstoff, die Kathode Wasserstoff. Sobald die hybride Form des Sauerstoff- und Wasserstoffgas-Volumenverhältnisses von 1: 2 "Sprenggas", um einen bestimmten Anreiz zu erfüllen, leicht explodiert.

Um dieses Phänomen zu verhindern, nahm durch die Verbesserung eine Ni-Cd-Sekundärbatterie in der Kathode mehr als die erforderliche Menge an Cadmiumverbindungen auf. Somit ist die Anode am Ende des Ladens voller Vorschub und produziert Sauerstoff, und negativ, wenn kein Teil der Ladung vorhanden ist, wird weiter geladen. Der positive Sauerstoff erzeugt sich negativ und reagiert mit negativer Ladung, um einen Teil des Metallcadmiums zu vervollständigen. Nach der Reaktion von Metall Cadmium Rückkehr nicht Ladestatus. Dies macht negativ, es gibt immer keinen Ladeteil, kann das Positiv zum Sauerstoffverbrauch weiterleiten.

Diese Methode scheint auf der sicheren Seite zu sein, tatsächlich gibt es auch eine Schwäche. Bei niedriger Temperatur wird die Reaktionsgeschwindigkeit langsam, Sauerstoff-Cadmium-negative Sauerstoffreaktion wird eingedämmt. Sauerstoff und absorbieren das Gleichgewicht, sobald es gebrochen ist, erreicht die Kathode den Zustand voll und erzeugt Wasserstoffgas, wodurch das Detonationsgas gebildet wird. Diese Art von Situation kann beim Schnellladen leicht auftreten, wie sie beispielsweise beim Laden mit großem Strom auftritt.

Laden ist warum gefährlich?

Für die LIB sind die Auswirkungen des Ladens schwerwiegender. Der Grund ist, dass das Laden zwei große Probleme verursachen kann. Eine ist mehr als eine negative Lithiumkapazität (theoretische Kapazität, Graphit von 372 MAH / g) des Lithiums, die sich in metallisches Lithium umwandelt, Ausfällung auf Dendrit. Dies kann zu einem internen Kurzschluss führen.

Das andere ist, dass das Positive hochreaktiven Sauerstoff erzeugt. Wenn der Sauerstoff und der Elektrolyt in der LIB enthalten sind, können Lithium- und Kohlenstoffverbindungen, nämlich Oxidationsreaktionen, zu Fieber führen und Feuer fangen.

Hier in der Darstellung des Anodenmaterials von Kobaltsäurelithium (LiCoO2) als Beispiel, um es im Detail zu erklären. Die LiCoO2-Struktur wird zwischen die lithiumkobaltoxid (CoO2) -Schicht eingefügt. Aufladung von Lithium von der Anode zur Kathode. Nach Lithium aus "leerem Haus" (Lücke) wird zunehmen. Cobalt (Co) wird in das "leere Haus" eintreten. Je mehr "leeres Haus" oder je höher die Temperatur, desto leichter ist Kobalt zu bewegen. Lithiumkobalt bewegt sich einmal vor Ort, bevor Kobalt-CoO2-Sauerstoff Partner verliert, auch von der Anode.

Der Sauerstoff ist atomarer Zustand existiert allein "entstehender Sauerstoff", Reaktivität ist sehr stark, Reaktion mit jedem Material ist leicht zu bemerken 1) .LIB enthält leichte Oxidation von Elektrolyt-, Lithium- und Kohlenstoffverbindungen, diese Substanzen verbinden sich mit Sauerstoff, verursachen Fieber und Feuer fangen.

Anmerkung 1) Der Luftsauerstoff wird gebildet, indem die Kombination der Sauerstoffatome (02) (Schlüssel) voll ist, die Reaktivität nicht stark ist. Bei starker Reaktivität kann die Lunge beim Atmen mit Sauerstoff und Verbrennungen reagieren und nicht überleben. Wir müssen uns bei Sauerstoff bedanken, der keine starke Reaktivität hat.

"Der entstehende Sauerstoff" unter der Bedingung, wie zu produzieren? Wir Li1 - xCoO2 x als Parameter, Qualität unter Verwendung einer thermischen Analysemethode, um die Qualität der Änderung zu erfassen, wenn sich die Temperatur ändert, untersuchten die verwandten Bedingungen (Abbildung 2). Ist nach den Ergebnissen von x der Ladungsplan umso größer, je größer der Ladeplan ist Je höher die Qualität zu sinken begann, desto geringer ist die Verringerung. Die Leistung der Qualität zur Reduzierung von Sauerstoff ist Strippen. Und wir fanden auch heraus, dass die Temperatur des Sauerstoffentfernens umso niedriger ist, je größer der Ladeplan (x) ist, je mehr Sauerstoff entfernt wird. Das heißt, um den Sauerstoff im entstehenden Zustand zu unterdrücken ", nicht über die unter der Ladespannung vorgeschriebene (Laden vermeiden), Batterie erwärmt sich nicht 2) ist die notwendige Bedingung. Um diese Bedingungen zu erfüllen, müssen die Montageunternehmen LIB-Benutzer müssen vorsichtig sein.

Anmerkung 2) Bei der Synthese von LiCoO2 ist die Zugabe von Aluminium (Al) und Magnesium (Mg) auch ein wirksames Mittel zur Unterdrückung des entstehenden Sauerstoffs. Diesen Substanzen wird Sauerstoff hinzugefügt. Die Stripptemperatur steigt an und kann bis zu einem gewissen Grad eine Strippreaktion enthalten.

Abbildung 2: Je größer der Ladeplan ist, desto geringer ist die Anodenqualität

Durch den Li1 - xCoO2 x Unterschied sagte die Anodenqualitätsänderung. Je größer der x-Gebührenplan ist. Als Sauerstoffentfernung gilt die Anodenqualität.

Schnellladung ist die Ursache für das Aufladen

Leicht in der Ladesituation passiert gibt es zwei Haupttypen: Schnellladen, Batterieeinheit sind unsymmetrisch. Zuerst sehen Sie die Schnellladung.

Die LIB wird unter Verwendung von Konstantstrom- / Konstantspannungsladung (CC / CV: Konstantstrom / Konstantspannung) empfohlen. Dies ist die erste Aufladung bei konstanter elektrischer Ladung (CC). Wechseln Sie nach Erreichen der vorgeschriebenen Spannung zur Konstantspannungsladung (CC). CV) -Methode (Abbildung 3). Normalerweise ist die LIB zu Beginn der Ladespannung von 4,2 V Strom für 1 c. Hinweis 3). Weil der Strom 1 c beträgt, wird theoretisch nach einer Stunde die Klemmenspannung erreichen 4,2 V.Aber die Ladespannung zwischen Klemmenspannung und wird als "Überdruck" * Abweichung bezeichnet. Wenn daher die Ladespannung 4,2 V beträgt, liegt die tatsächliche Spannung unter 4,2 V.

Anmerkung 3) Ladung bei 1 c bezieht sich auf die aktuelle Theorie kann 1 Stunde voll Ladung sein. Die Batteriekapazität beträgt 2000 MAH, 1 c bis 2000 ma.5 c Ladung ist 5 mal 1 c, ist der Ladestrom von 10000 MA.

* Überspannung = Elektrodenreaktion bei elektrischem Strom, Elektrodenpotential weicht vom Gleichgewichtspotential ab. Dieser Offset wird als Überspannung bezeichnet. Zum Beispiel ist in der Elektrolyse die Lastspannung nicht höher als in der Theorie, Elektrolyse wird auftreten. Für die Batterie ist die tatsächliche Batteriespannung niedriger als durch die Kombination von Anode, Elektrolyt und Kathode der Spannungstheorie bestimmt.

Abbildung 3: Konstantstrom- / Konstantspannungsladung (CC / CV)

LIB Wir empfehlen, mit dem Laden mit konstantem Strom zu beginnen und nach Erreichen der Regelspannung auf das Laden mit konstanter Spannung von CC / CV umzuschalten.

Das heißt, wenn die Ladespannung 4,2 V beträgt, ist der Akku nicht voll, die Lademenge beträgt nur 70 bis 80%. Wenn Sie fortfahren möchten, möchten Sie auf CV-Laden umschalten und gleichzeitig den Ladevorgang aufrechterhalten Spannung von 4,2 V, addieren Sie langsam die verbleibenden 20 ~ 30%. In CV beim Laden wird jedoch der Strom verengt, wenn Sie die Ladezeit verkürzen, den CC des Ladestromwerts erweitern, erhöht sich die Überspannungsabweichung, machen Sie die Ladespannung von 4,2 V im Voraus. Kann länger dauern, bis die Batterie voll ist.

Wenn nur 70 ~ 80% des Akkus durch großen Strom im CC beim Laden gefüllt werden müssen, schnelles Laden, 20 ~ 30 Minuten bis zum Abschluss. Es ist jedoch unpraktisch, den CC in nahezu 100% des Stroms zu nutzen. Da der Bedarf für den Zweck dieser Spannung höher ist als die vorgeschriebene Spannung von 4,2 V, wird die Gleichung "Schnellladung = Ladung" gebildet.

Stellen Sie das Ungleichgewicht der Ansprecheinheit der Schutzschaltung ein

In letzter Zeit gibt es eine Art Denken: Selbst wenn die Ladespannung, die die vorgeschriebene Spannung überschreitet, solange mit der Methode des Impulsladens mittels des Stromunterbrechers, keine Ladung verursacht. Die Pausenzeit der Impulsladung bedeutet jedoch, dass der Impulsstrom der Dauerladestrom ist. Obwohl schnell geladen, aber über dem angegebenen Spannungswert geladen werden muss, kann dies dennoch zu einem Ladevorgang führen. Du verstehst mich nicht falsch.

Ein weiterer Faktor beim Laden ist das Ungleichgewicht zwischen der Leistung der Batteriezelleneinheit. Der folgende einfache Akku mit zwei Zellen in Reihe und wird zum Beispiel.

Unter der Annahme, dass sich die beiden Einheiten ernsthaft verschlechtern, kommt es zu Kapazitätsungleichgewichten. Wenn in diesem Zustand für zwei Ladeeinheiten die Einheit der Kapazitätsverschlechterung vorzeitig voll ist. Angenommen, eine Spannung von 4,2 V, die Gegenpartei beträgt 3,8 V. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die 2-fache Ladespannung von 4,2 V, 8,4 V nach der einfachen Berechnung am Ende des Ladevorgangs eine Spannungseinheit von 4,4 V. , die andere ist 4.0 V.4.4 V Einheit ist im Ladezustand offensichtlich.

Vermeiden Sie Ungleichgewichte der Lademethode, da in der externen Schutzschaltung im Gerät die Ladespannung von 4,2 V gestoppt ist. Wenn jedoch die Gerätemenge, die Art und Weise, wie Sie viel FET einrichten müssen, zur Überwachung der Spannung verwendet wird, die Kosten ist nicht kostengünstig.

Anzahl der Oxidationsreduktionen am Material

Geräte wie, die nicht auf Schutzschaltungen angewiesen sind, sorgen dafür, dass der Akku selbst verhindern kann, dass Ladematerial die Entwicklungsschritte nicht gestoppt hat. Es wurde zwar nicht in die Praxis umgesetzt, aber als Vertreter dieser Art von Material wurde die Oxidationsreduktion für die Aussicht auf das Material bevorzugt. Der Wirkungsmechanismus des Materials ist nicht schwer zu erklären, haben die Ni-Cd-Sekundärbatterie und Nickel-Metallhydrid-Sekundärbatterie.

Über das Problem des Ladens der Ni-Cd-Sekundärbatterie wurde bereits gesagt, dass die Anode bei vollständiger Aufladung Sauerstoff erzeugt und die Erzeugung von Sauerstoff negativ ist. Mit anderen Worten, es ist positiv, beim Anodenverbrauch (Reduktion) Sauerstoff zu erzeugen (Oxidation), der Vorgang dauert lange. Während des Ladevorgangs befindet sich der Akku im folgenden Schleifenzustand.

Das heißt, solange die Bildung einer solchen Zirkulation erzeugt werden kann, erscheint das Laden der Batterie nicht. Dies wird als REDOX-Reaktion bezeichnet. Redox (Redox) einschließlich Mehrwertsteuer (Reduktion) und Sauerstoff (Oxidation) in zwei Schritten.

LIB kann Ni-Cd-Sekundärbatterien nicht mögen, gibt ihre REDOX-Funktion direkt. Dies liegt daran, dass, wenn Sie die Spannung beim Laden nicht steuern, das Positiv von Li + (Lithium-Ionen) kontinuierlich zur Kathode gesendet wird. Die LIB REDOX-Reaktion muss mit der Funktion des Materials ausgestattet sein. Dies ist seit Jahren ein Thema für die Batterieentwickler.

Durch die REDOX-Funktion der Funktionseinheiten des Akkupacks kann das Problem der unsymmetrischen Zellen gelöst werden (Abbildung 4). Wenn eine bestimmte Einheit mit REDOX frühzeitig funktioniert, stoppt die Einheit die Ladeelektrode. Aber nicht voll von den anderen Einheiten der REDOX-Funktion wird nicht gestartet, um ihre Ladung fortzusetzen.

Abbildung 4: Die Verwendung von REDOX ungleichmäßig auf dem Spannungsmaterial kann gelöst werden

Die Vergangenheit im unausgeglichenen Zustand des Geräts stoppt das Laden des Akkus (a). Mit dem REDOX-Akku können alle Materialelemente die gleiche Spannung erreichen (b). Entsprechend den 3 m Papierbildern.

Das Labor des Autors hat vor etwa 25 Jahren versucht, eine Peroxidreduktion auf dem Material zu entwickeln. Wir haben versucht, nur in sehr kleinen elektrischen Fluss REDOX-Reaktion zu materialisieren, kann den üblichen Ladestrom nicht bewältigen.

In den letzten Jahren, zusammen mit dem Fortschritt der Simulationstechnologie, hatten die Leute für das, was für die Struktur der zusammengesetzten REDOX-Reaktion passieren würde, ein gewisses Verständnis. Im Jahr 2008 entwickelte das US-amerikanische 3-m-Unternehmen unter der Spannung von 3,9 V Oxidationsreduktionsarbeit am Material, machte praktisch eine echte Farbe (Abbildung 5). sollte angewendet werden, um die gängigen LIB LiCoO2-Batterien zu belegen.

Abbildung 5: Arbeiten unter 3,9 V 3 m Oxidationsreduktion des Unternehmens am Material

Durch wiederholtes Verhindern von Überladung REDOX REDOX-Reaktion von Materialien ist eine neue Generation der Batterieentwicklung ein großer Fokus.3 m Unternehmen entwickelt Arbeit unter 3.9 V. Nach den 3 m Papier machen Bilder.

Darüber hinaus ist die Entwicklung eines flammhemmenden Elektrolyten im Gange. Das Hinzufügen von Flammschutzmitteln wird die Batterieleistung ernsthaft beeinträchtigen, weshalb viele Ideen, dass flammhemmender Elektrolyt schwer in die Praxis umzusetzen ist. Vor kurzem hat sich die Temperatur des geschmolzenen Salzelektrolyten (ionische Flüssigkeit) erfolgreich entwickelt. Der Elektrolyt hat die Eigenschaften eines niedrigen Dampfes, nicht brennbar. Obwohl argumentiert wurde, dass die unvollständige Ionenleitfähigkeit und andere Eigenschaften, ionische Flüssigkeiten das Verbrennen nicht vermeiden können, hat sie derzeit noch nicht das praktische Niveau erreicht, aber für die zukünftige Entwicklung ist der Autor voller Erwartungen.

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