Was ist mit der Sicherheit von Lithiumbatterien?

In den letzten Jahren haben brennende Explosionen von Mobiltelefonen und Laptops bereits keinen Augapfel mehr angezogen, die Verpuffung des Elektroautos und das Feuer mit Lithiumstrom sind die Nachrichten der Fabrik. Und die jüngste Explosion eines SamsungGalaxyNote7-Großbatteriebrandes wird das Sicherheitsproblem der Lithium-Ionen-Batterie erneut in den Mittelpunkt rücken wie nie zuvor.

Neben der Verwendung externer Faktoren hängt die Lithium-Ionen-Batterie hauptsächlich von den Grundlagen des elektrochemischen Systems und der Sicherheit der Struktur der Elektrode / Batterien ab. Interne Faktoren wie Design und Produktionsprozess sowie die im elektrochemischen System verwendeten Batterien sind die grundlegendsten Faktor der Batteriesicherheit. Der Autor wird hier aus verschiedenen Blickwinkeln die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterie analysieren.

Thermodynamischer Gesichtspunkt: Studien haben bestätigt, dass nicht nur in der Anode, sondern auch auf der Oberfläche der Anodenmaterialien eine Schicht einer dünnen Passivierungsmembran bedeckt ist, die die positive Anodenpassivierungsmembran auf der Oberfläche der Aspekte der Lithiumionenbatterieleistung bedeckt eine sehr wichtige Auswirkung sein, und die speziellen Grenzflächenprobleme bestehen nur in nichtwässrigen organischen Elektrolytflüssigkeitssystemen. Ich möchte hier betonen, dass aus dem Winkel des Fermi-Niveaus in Bezug auf das bestehende System der Lithium-Ionen-Batterie in der Thermodynamik instabil ist, es aufgrund des positiven und negativen Oberflächenpassivierungsfilms auf die Kinetik von isoliert von stabil arbeiten kann Die Anode und der Elektrolyt sind weitere Reaktionen.

Daher ist die Sicherheit der Lithiumelektrizität und die Integrität der Kathodenoberflächenpassivierungsmembran direkt mit dem Dichtegrad verbunden und das Problem beim Verständnis der Sicherheitsprobleme der Lithiumelektrizität ist von entscheidender Bedeutung.

Das Elektroauto

Sicht der Wärmeübertragung: Das unsichere Verhalten des Lithium-Ionen-Akkus (einschließlich Überladung des Akkus, schnelles Laden und Entladen, Kurzschluss, mechanische Bedingungen und thermischer Hochtemperaturschock usw.) kann den internen Akku leicht auslösen Risiko von Nebenwirkungen und Wärmeentwicklung, direkte Zerstörung der Kathoden- und Anodenoberflächen-Passivierungsmembran.

Wenn die Zelltemperatur auf 130 ° C ansteigt, führt der SEI-Film auf der Oberfläche der Anodenzersetzung, Lithium, zu einem hochaktiven Kohlenstoffnegativ, das einer starken Oxidationsreduktionsreaktion im Elektrolyten ausgesetzt ist, der von der Hochrisikobatterie erzeugten Wärme in den Zustand. Wenn die interne Innentemperatur der Batterie auf 200 ° C über dem Boden liegt, zersetzt sich die Sauerstoffentwicklungsanode der Anodenoberflächenpassivierungsmembran und setzt die heftige Reaktion des Elektrolyten fort, um viel Wärme zu erzeugen und einen hohen Innendruck zu bilden. Wenn die Batterietemperatur über 240 ° C liegt, auch mit Lithium-Kohlenstoff-Anode mit intensiver exothermer Reaktion des Bindemittels.

Sichtbar ist der Bruch der SEI-Filmkathodenoberfläche, der zu einer hochaktiven interkalierten Li-Anode und einem hochexothermen Elektrolyten führt, die Batterietemperatur der direkte Grund für das thermische Durchgehen der Batterie. Und die Zersetzung des Anodenmaterials der exothermen, nur thermischen außer Kontrolle geratenen Reaktion ist nicht einmal der Hauptfaktor.

Lithiumeisenphosphat (LFP) -Struktur ist sehr stabil. Thermische Zersetzungsbedingungen treten normalerweise nicht auf, aber die anderen gefährlichen Nebenwirkungen bestehen immer noch in der LFP-Batterie, daher sind die LFP-Batterien in der "Sicherheit" ein relativer Sinn. Aus der obigen Analyse können wir die Bedeutung der Temperaturregelung für die Sicherheit von Lithiumstrom erkennen. Im Vergleich zur kleinen 3-c-Batterie, der großen Batterie, da die Zellenstruktur, der Arbeitsmodus und die Umgebung verschiedene Faktoren zu einer schwierigeren Wärmeableitung führen, ist das große Batteriesystem für das Wärmemanagement sehr wichtig.

Entflammbarkeit von Elektrodenmaterialien: Lithiumelektrizität unter Verwendung organischer Lösungsmittel ist entflammbar und der Flammpunkt ist zu niedrig. Dies führt zu einem unsicheren Verhalten des thermischen Durchgehens. Es ist leicht, einen niedrigen Flammpunkt von brennbaren Flüssigkeitskomponenten zu entzünden und die Batterie zu verbrennen. Li-Ionen-Batterie-Anoden-Kohlenstoffmaterialien, Membran und anodenleitfähiger Kohlenstoff weisen ebenfalls die Entflammbarkeit auf.

Lithiumstrom Die Verbrennungswahrscheinlichkeit ist höher als das Risiko einer Batterieexplosion. Die Batterie muss jedoch von einer brennenden Explosion begleitet sein. Wenn die Batterie reißt und die äußere Umgebung eine hohe Luftfeuchtigkeit aufweist, können Wasser und Sauerstoff in der Luft mit der eingebetteten Kohlenstoffnegativelektrode aus Lithium extrem leicht durch schwere chemische Reaktionen große Mengen an Wärme freigesetzt werden und die Batterie verbrennen. Die Entflammbarkeit des Elektrodenmaterials ist eine Lithium-Ionen-Batterie im Verhältnis zu einem der großen Unterschiede zwischen der Sekundärbatterie mit Drainage.

Problem mit Überladung mit Lithiummetall: Jede Art der Kommerzialisierung von Sekundärbatterien erfordert wirksame Maßnahmen zur Verhinderung von Überladung, um sicherzustellen, dass die Batterie voll aufgeladen ist, und vermeidet ein unangemessenes Problem mit der Sicherheit bei Überladung. Die Aufladung mit Lithiumstrom führt zu vielen schwerwiegenden Konsequenzen, wie z. B. dem Anodenmaterial mit Kristallstrukturschäden und Verschlechterungslebenszyklen, der Verschlechterung des Elektrolyten auf der Oberfläche der Anodenoxidation und dem thermischen Durchgehen, der Lithium- und Negativanalyse und Sicherheitsproblemen wie Kurzschlüssen / thermisches Durchgehen.

Die Vermeidung von Überladung ist daher äußerst wichtig für die Sicherheit des Lithium-Stromverbrauchs. Steuern Sie bei einer Sekundärbatterie mit Drainage die Ladespannung auf eine Lithium-Ionen-Batterie, um nur Überladungsschutzmaßnahmen zu verhindern. Hauptsächlich kommt es von den Anodenmaterialien im li-ionen-akku, dass sich die Ladespannung gegen Ende der Ursache vollständig aus dem Lithiumzustand ändert, und es ist schwierig, den vollständigen Grad des Ladevorgangs der Graphitanode zu erfassen (aufgrund des eingebauten Lithiumpotentials sehr nahe Um die Schwierigkeit der Kathodenspannungsüberwachung zu umgehen, wird üblicherweise ein Lithium-Ionen-Batterie-Grenzkapazitätsdesign verwendet, um die Schwierigkeit der Überwachung der Kathodenspannung zu umgehen.

Die Grenze einer anderen Hauptaufgabe besteht natürlich darin, sicherzustellen, dass die Kathode über genügend zusätzliche Kapazität verfügt, und negatives Lithium zu verhindern. Es gibt jedoch drei Dinge, die die negative Überkapazität ändern:

Die Graphitanodendämpfungsrate ist höher als die Kapazität des Anodenmaterials, es wurde in fast allen Anodenmaterialkombinationen auf dem System bestätigt.

Aufgrund der Elektrodenstruktur ist das Design unangemessen oder unter den Bedingungen einer unsachgemäßen Verwendung, wie z. B. ein hohes Verhältnis, niedrige Temperatur und Überladung usw.), die durch eine negative lokale Lithiumanalyse verursacht werden.

Der Elektrolyt und die durch den negativen Ladungsgrad der Verunreinigungen verursachten Nebenwirkungen verlieren allmählich an zusätzlicher Lithiumspeicherkapazität.

Das Auftreten einer dieser Bedingungen führt zur Kathode, und die Analyse des Mangels an Lithium, der Lithiumspeicherkapazität und des metallischen Lithiums ist der Hauptverursacher von Sicherheitsproblemen mit Lithiumstrom. Diese Probleme bei der hochleistungsbatterie sind schwerwiegender, selbst das BMS kann diese Probleme nicht grundlegend lösen.

Der Autor möchte hier betonen, dass die oben genannten drei Faktoren bei der Batterie eine größere Rolle spielen, dh die Sicherheitsprobleme bei alten Batterien sind schwerwiegender als bei einer neuen Batterie, und dieses Problem hat nicht genügend Aufmerksamkeit erregt.

Fast zwei Jahre, um ein sehr heißes Thema zu diskutieren, ist die "Gradientenentwicklung" der Leistungsbatterie, die die Lebensdauer der Leistungsbatterie (theoretisch aber auch die verbleibenden 70% der Kapazität) zur Wiederverwendung und zur Verwendung für Energiespeicherzwecke erreicht. Der Ausgangspunkt der Idee ist gut, aber angesichts der verborgenen Sicherheitsgefahr für alte Batterien sowie des gegenwärtigen inländischen Status quo des allgemein minderwertigen Herstellers von Leistungsbatterien halte ich die Entwicklung des Leistungsbatteriegradienten persönlich nicht für praktikabel Bedienbarkeit in kurzer Zeit.

Tatsächlich können wir auch aus einem anderen Winkel die Sicherheitsaspekte der Sekundärbatterie und der Lithiumstromversorgung vergleichen. Die gesamte Sekundärbatterie, sowohl das Wasser als auch das organische System der Sekundärbatterie, die ihre Sicherheit auflädt, basiert auf der Grenzkapazität (negative Überkapazität), die auf den Grundprinzipien basiert.

Verschwinden, wenn diese Prämisse, die Folge der Überladung ist die Drainage Sekundärbatterieproduktion, die Kathode für Lithium-Ionen-Batterie Lithium ist. Verschiedene Arten von Drainage-Sekundärbatterien unter Verwendung eines wässrigen Elektrolyten haben jedoch eine einzigartige Natur, dh Wasser kann während der Überladung in Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt werden, und Wasserstoff und Sauerstoff können erzeugt werden oder ein Verbundkatalysator auf der Oberfläche des Verbundstoffs auf Elektrodenwasser, so dass dies der Fall ist Es ist nicht schwer zu verstehen, dass wir Sekundärbatterien entleeren, die das Prinzip des "Sauerstoffkreislaufs" weit verbreitet haben, um den Überladungsschutz zu implementieren.

In der Lithium-Ionen-Batterie fällt die Anode einmal hochreaktives Metalllithium aus, wobei Lithiummetall nicht beseitigt wird und Sicherheitsprobleme in der Batterie verursacht. Aufgrund der Durchbruchspannung der Wasserentwässerung verbessern Sekundärbatteriebegrenzungen zwar die Energiedichte weiter, aber vergessen Sie nicht, dass auch für die Entwässerung eine Sekundärbatterie eine nahezu perfekte und unersetzbare Lösung zur Verhinderung von Überladung bietet.

Im Vergleich zu Lithiumionenbatterien und der Entleerung dieser Angle-Sekundärbatterie weist Lithiumelektrizität unter Verwendung eines organischen Elektrolyten nicht die Eigenschaften einer reversiblen Zersetzung und Rekonstruktion auf, und sobald eine hochreaktive Metalllithiumproduktion nicht mehr eliminiert werden kann. In gewisser Hinsicht ist der Lithium-Ionen-Akku aus Sicherheitsgründen keine Lösung!

Durch einige technische Maßnahmen von umfassender Anwendung, wie die Wärmesteuerungstechnologie (PTC), können die Kathodenoberflächenkeramikbeschichtung und Überladungsschutzadditive, die spannungsempfindliche Membran und der flammhemmende Elektrolyt die Sicherheit der Lithiumelektrizität wirksam verbessern, aber diese Maßnahmen können ' Das Problem der Sicherheit der Lithiumelektrizität wird grundlegend gelöst, da die Lithiumelektrizität im thermodynamischen System instabil ist. Andererseits erhöhen diese Maßnahmen nicht nur die Kosten, sondern verringern auch die Energiedichte der Batterie.

Wenn wir die oben genannten Faktoren berücksichtigen, ist die "Sicherheit" von Lithiumstrom ein relativer Sinn. Haben Leser vielleicht bemerkt, dass gängige Batterien wie alkalische Mangan-, Blei- und Nickelmetallhydrid-Batterien, Verbraucher können direkt im Laden bis auf den bloßen Kern kaufen, mit Lithium-Ionen-Batterie ist eine Ausnahme.

Gemäß den Vorschriften der Lithium-Elektrizitätsindustrie verkauft der Batteriehersteller an eine autorisierte Pack-Firma nur ihre Batterien. Erneut werden die Batterien und die Batterieschutzplatine in Packungen verpackt, die an Hersteller von Elektrogeräten und nicht an Verbraucher verkauft werden, und die Batterie muss übereinstimmen mit speziellem Ladegerät, das in strikter Übereinstimmung mit den Bestimmungen der Methode verwendet wird. Die Logik hinter diesem speziellen Geschäftsmodell basiert hauptsächlich auf Überlegungen zur Sicherheit von Lithiumstrom.

Bevor ein Boeing 787 "Traum" die Industrie mit lithium-batterie-Bränden schockierte, sowie die jüngste SamsungGalaxyNote7 eine breite Palette von Batterie-Feuer-Explosion, hat zur Sicherheit des Lithium-Ionen-Batterie-Problems erneut Alarm geschlagen.

Im Vergleich zum Samsung war Apple relativ konservativ robust im Akku, die Akkukapazität und die maximale Ladespannung sind niedriger als beim Samsung. Und angesichts der Hochspannung von 4,4 V GalaxyNote7 LCO hat Apple in der kürzlich veröffentlichten neuen Generation von I-Phone 7 noch USES mit I-4.35 VLCO Phone6-Serie das gleiche positive Elektrodenmaterial verwendet.

Apple ist auf dem Akku, um eine teilweise konservative, robuste Strategie zu verfolgen. Ich persönlich glaube, dass dies hauptsächlich auf Sicherheitsüberlegungen beruht. Apple würde lieber ein wenig Akkukapazität und Energiedichte opfern, um die Sicherheit zu gewährleisten. Da laut Medienberichten das Samsung GalaxyNote7 massiv daran erinnert, dass ein direkter wirtschaftlicher Verlust bis zu 2 Milliarden US-Dollar betragen könnte, wird der indirekte Markenwertverlust unermesslich sein.

Der Autor muss hier betonen, dass BMS das Problem der Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterie nicht lösen kann, das durch das grundlegende Funktionsprinzip des BMS bestimmt wird. Die Sicherheit des Leistungsbatteriesystems hängt im Wesentlichen von den Monomerbatterien ab, und große Leistungsbatterien nach Gruppensicherheitsproblemen werden vergrößert und herausragender. In den letzten Jahren wurde die heimische Lithium-Elektrizitätsindustrie mit lithium-ionen-batterien gefüllt, die den Flusssee vereinheitlichen und andere Sekundärbatterien ersetzen werden. Nur aus Sicherheitsgründen ist dieses Argument absurd.

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