技術前沿:動力鋰離子電池安全技術的進展
發布時間:2014-04-18 責任編輯:mikeliu
【導讀】shidaizaijinbu,jishuyesuizhizaijinbu。lilizidianchixianzaiyijingshiwomenshenghuozhongbibukeshaodewupin,womendeshouji,pingbandeng。duoshudoushicaiyonglilizidianchilaigongdian。daijishijianyeshiyuelaiyuechang。name,lilizidianchixianzaifazhandaoleshenmeyangzine?guanyudianchidebaohuyoushizenyangzuodene?
鋰離子電池安全設計製造、PTC限流裝置、壓力安全閥、refengbigemojitigaodianchicailiaoderewendingxingdengchangguifangfa,youqijuxianxing,zhinengzaiyidingchengdushangjiangdidianchibuanquanxingweidefashenggailv。yaogenbenjiejue,xuyaoyanjiufangduanlu、防過充、防熱失控、防燃燒及不燃性電解液的新技術,建立電池自激發安全保護機製。
1.防止電池內部短路,陶瓷隔膜和負極熱阻層等保護塗層。
2.防過充技術。
①氧化還原電對添加劑。在電解液中加入一種氧化還原電對O/R,當電池過充時,R在正極上氧化成O,隨之O擴散至負極又還原成R。如此內部循環,使充電電勢鉗製在安全值,抑製電解液分解及其他電極反應發生。
二甲氧基苯衍生物具有穩定的電壓鉗製能力,但因溶解度低,鉗製能力小於0.5C;電池自放電大。還需在Shuttle分子結構方麵進一步研究。
可(ke)逆(ni)過(guo)充(chong)保(bao)護(hu)不(bu)僅(jin)能(neng)解(jie)決(jue)電(dian)池(chi)的(de)過(guo)充(chong)電(dian)問(wen)題(ti),且(qie)有(you)利(li)於(yu)電(dian)池(chi)組(zu)中(zhong)單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)的(de)容(rong)量(liang)平(ping)衡(heng),降(jiang)低(di)對(dui)電(dian)池(chi)一(yi)致(zhi)性(xing)的(de)要(yao)求(qiu),還(hai)能(neng)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。
②電壓敏感隔膜。在隔膜部分微孔中填充一種電活性聚合物,在正常充放電電壓區間,隔膜呈絕緣態,隻允許離子傳導;當充電電壓達到控製值時,聚合物被氧化摻雜成為電子導電態,在正負極間形成聚合物導電橋,使充電電流旁路,可避免電池過充。
3.防止熱失控的技術。
①溫度敏感電極(PTC電極)。PTC材料在常溫下,分散於聚合物基質中的導電炭黑接觸良好,可形成良好的電子傳輸通道,複合材料有較高的電子導電性;當溫度上升至複合物的居裏轉化溫度時,聚合物基質膨脹,導電炭黑脫離接觸,複合物電導急劇下降。
高溫下,鑲嵌在PTC電極集流體和電極活性物塗層之間的PTC塗層電阻急劇增大,可切斷電流傳輸,終止電池反應,防止電池因熱失控引發的安全問題。
例如,PTC鈷酸鋰(LiCoO2)電極,實驗結果表明,在80~120℃高溫下,表現出良好的自激發熱阻斷效果,能防止電池因過充和外部短路引發的安全問題。
但PTC電極對內部短路無能為力。另外,聚合物PTC材料的溫度響應特性還有待進一步優化。
②熱封閉電極。在電極或隔膜表麵修飾一層納米球狀熱熔性材料。常溫下,球狀顆粒的堆積形成多孔,不影響離子的液相傳輸;當溫度升高至球體材料的融化溫度時,球體融化成致密膜,切斷離子傳輸,可終止電池反應。
③reguhuadianchi。zaidianjieyezhongjiaruyizhongkeyifashengrejuhededanti。dangwendushenggaoshifashengjuhe,shidianjieyeguhua,qieduanlizichuanshu,shidianchifanyingzhongzhi。liru,shiyanbiaoming,BMI電解液添加劑對電池充放電基本沒有影響,高溫下,BMI可抑製電池充放電。
4.防止電池燃燒的不燃性電解液。有機磷酸酯具有高阻燃、對電解質鹽較強溶解能力的特性。例如,DMMP(二甲氧基甲基磷酸酯):低粘度(cP~1.75,25℃),低熔點、高沸點(-50~181℃),強阻燃(P-content:25%),鋰鹽溶解度高。
不過,阻燃溶劑在應用中存在下述問題:與負極匹配性較差,電池充放電庫倫效率低。因此,需要尋找匹配的成膜添加劑。
動力鋰離子電池商用化中應注意的安全問題
對dui動dong力li鋰li離li子zi電dian池chi的de安an全quan性xing,首shou先xian,由you於yu正zheng極ji材cai料liao的de熱re分fen解jie隻zhi是shi熱re失shi控kong反fan應ying的de一yi部bu分fen,因yin此ci從cong理li論lun上shang看kan,磷lin酸suan鐵tie鋰li電dian池chi並bing非fei絕jue對dui安an全quan,大da容rong量liang電dian池chi裝zhuang車che時shi要yao慎shen重zhong。
其次,由於電池檢測的概率,通過安全性檢測的動力電池不能證明是絕對安全的。嚴格起見,應檢測全充放循環一定周次後的電池;經曆低溫充電後的電池;對電池模塊和電池組進行安全測試。
還有,在電池使用過程中,整車廠商盡可能將動力鋰離子電池的環境溫度控製在20~45℃範圍,這樣既能有效提高電池使用壽命和可靠性,還能避免低溫析鋰造成的短路和高溫熱失控問題。
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