Factores que afectan la seguridad de las baterías eléctricas de iones de litio

Con la actualización y el desarrollo continuos de la tecnología de baterías de iones de litio, los consumidores han ido favoreciendo gradualmente las ventajas del peso ligero, la alta capacidad y la larga vida útil. Su mercado se ha extendido desde teléfonos móviles a cámaras, DVD, modelos de aviones, juguetes y otros campos. En los últimos años, las baterías de iones de litio han recibido una atención cada vez mayor en equipos a gran escala, como hardware eléctrico, herramientas, fuentes de alimentación de respaldo, reguladores de voltaje, bicicletas eléctricas y vehículos eléctricos ligeros. Estos dispositivos requieren baterías con gran capacidad y condiciones de alta potencia. Si la batería de iones de litio puede cumplir con los requisitos básicos de alta seguridad, alta potencia y larga vida, es un tema importante para muchos expertos y académicos.

La seguridad de las baterías eléctricas de iones de litio generalmente se refiere a accidentes causados por el uso inadecuado de las baterías eléctricas, mal funcionamiento, accidentes y abuso, abultamiento de la batería, presiones de temperatura que exceden los estándares de uso e incluso explosiones e incendios, que amenazan la seguridad de los usuarios. vidas y propiedades. . Las explosiones y los incendios son los incidentes de seguridad más graves. Las causas internas del abuso de la batería de iones de litio que provocan una explosión son complicadas, pero la mayoría de ellas son causadas por una temperatura y presión excesivas, y la mayoría de las causas de las dos se pueden atribuir a la reacción térmica fuera de control de la batería de iones de litio. es decir, la reacción exotérmica. Estas reacciones exotérmicas generalmente incluyen la descomposición de una película SEI de electrodo de batería, reacción de intercalación de litio con un disolvente, reacción de descomposición de un material de electrodo positivo y similares.

El material del electrodo positivo es el manganato de litio clave.

En la seguridad de las baterías de iones de litio, el material del electrodo positivo en el material del electrodo es la clave, y también es la principal causa del peligro de seguridad de la batería de iones de litio. La búsqueda de materiales para electrodos con alta densidad energética, alta seguridad, protección ambiental y bajo precio es la clave para el desarrollo de baterías eléctricas. Los materiales de cátodo de uso común actualmente son cobaltato de litio, manganato de litio, óxido de litio, níquel, cobalto, manganeso y fosfato de litio y hierro. Según los datos obtenidos en el país y en el extranjero, el óxido de cobalto de litio es un peligro para la seguridad de las baterías eléctricas. Por lo general, no se utiliza como material de electrodo positivo para baterías eléctricas; el uso de manganato de litio es común; El manganato de níquel-cobalto se utiliza menos en China. Algunos fabricantes de Taiwán y Japón lo utilizan.

Debido a los ricos recursos de manganeso (especialmente en China, la tercera reserva más alta del mundo), bajo costo, amigable con el medio ambiente y ácido de manganeso de litio con alto voltaje de descarga, tecnología madura, buena seguridad, con otras estructuras en capas no se puede Además de las ventajas del material del ánodo, como la capacidad de carga y descarga de alta velocidad, por lo tanto, en la promoción de la batería eléctrica de litio, el ácido de manganeso y litio tiene una gran ventaja. Aunque la capacidad específica es relativamente baja, el gran tamaño de la batería de potencia en sí no constituye una debilidad obvia. Las baterías de iones de litio con manganato de litio como material de ánodo tienen buena seguridad y estabilidad térmica. Sin embargo, el manganato de litio también tiene las desventajas de una rápida atenuación de la capacidad (especialmente a altas temperaturas) y un ciclo de vida corto, lo que dificulta el proceso de uso real.

La ventaja del material de óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso es la alta capacidad específica y el excelente rendimiento del ciclo. La batería de potencia de iones de litio fabricada tiene una energía específica muy alta y es adecuada para su uso en campos donde el peso y el volumen están estrictamente limitados pero se requiere mucha energía. Debido al uso de metales como el cobalto y el níquel, el precio del óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso es solo superado por el óxido de litio y cobalto. Sin embargo, en la actualidad, el óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso aún no se ha evaluado en la aplicación de baterías eléctricas. Los materiales de aplicación nacional suelen modificarse mediante dopaje para mejorar su rendimiento de seguridad, pero no se han observado aplicaciones a gran escala.

El fosfato de litio y hierro tiene las ventajas de una abundante materia prima, un precio bajo, una alta capacidad específica, un excelente rendimiento en ciclos de alta temperatura y un alto rendimiento de seguridad, y es un material de cátodo de batería de energía prometedor. El uso de fosfato de hierro y litio como un nuevo material de electrodo positivo para baterías eléctricas se ha incrementado en los últimos años. Debido a las limitaciones de las patentes, no hay muchos fabricantes de baterías de fosfato de hierro y litio a gran escala en Europa y América del Norte, y el mercado está básicamente monopolizado por unos pocos fabricantes. Aunque muchos fabricantes de iones de litio en China han invertido en investigación y desarrollo de baterías de energía de fosfato de hierro y litio, la calidad de los productos varía mucho debido a las diferencias en los niveles de tecnología y proceso.

Los aditivos y electrolitos garantizan la seguridad.

El diseño de la batería de iones de litio también afecta la seguridad de la batería.

Solo mediante el cuidadoso cálculo y control de las relaciones positivas y negativas, el tipo de agente de unión, el método de ensamblaje del diafragma, el tipo de oreja, el método de soldadura y la forma de empaque, puede ser la distribución de corriente de la pieza polar razonable, la polarización de la batería es pequeña y la disipación de calor es buena, eficiente y segura. Por razones de seguridad, las baterías eléctricas a menudo se diseñan para tener en cuenta si la velocidad a la que el sistema de baterías transfiere calor al medio ambiente es mayor que la velocidad a la que el sistema genera calor cuando ocurren anomalías, ya que esto determina la probabilidad de una fuga térmica. reacción.

Para mejorar aún más la seguridad de la batería de potencia, muchos fabricantes generalmente agregan aditivos funcionales al electrolito de la batería. Estos aditivos tienen efectos anti-sobrecarga, anti-flatulencia, baja temperatura y retardadores de llama. Vale la pena mencionar que la adición de retardante de llama en el electrolito también es una dirección importante para mejorar la seguridad de la batería de potencia. El propósito de agregar un retardante de llama es aumentar el índice de oxígeno de la combustión del electrolito. Es bien sabido que cuando el índice de oxígeno del material excede 27, es una sustancia retardante de llama, y el retardante de llama desarrollado actualmente se ha acercado o alcanzado este índice. Para los electrolitos de baterías de potencia, el desarrollo de aditivos para indicadores funcionales individuales no es difícil. La dificultad radica en garantizar la seguridad del electrolito teniendo en cuenta otras propiedades convencionales. Para equilibrar las funciones del electrolito, la investigación de grupos multifuncionales y aditivos compuestos también es la dirección de investigación y desarrollo.

El tablero de protección es esencial

Para mejorar la seguridad de las baterías de iones de litio, la placa de protección es un dispositivo imprescindible para el paquete de baterías. En la mayoría de los casos, la placa de protección de litio debe tener la función de controlar las condiciones de trabajo de la batería de iones de litio, como voltaje, corriente, temperatura, etc. Debido al uso especial de las baterías de iones de litio, las baterías de iones de litio de potencia deben usarse junto con la placa de protección para garantizar la seguridad y confiabilidad de todo el sistema. En el proceso de ensamblaje emparejado y uso a largo plazo, inevitablemente existen diferencias individuales en los paquetes de baterías. La placa de protección (o sistema de gestión de la batería) es responsable de controlar el voltaje, la corriente, la temperatura e incluso la capacidad de toda la batería. Para ser exacto y correcto, puede desempeñar el papel que le corresponde. Al mismo tiempo, debido a la diferencia en el rendimiento individual del paquete de baterías, el voltaje y la capacidad disponible de cada batería serán diferentes bajo la misma corriente de carga y descarga. A medida que aumenta el número de ciclos, la diferencia de rendimiento de cada batería será cada vez más significativa, lo que hará que el rendimiento de todo el paquete de baterías se reduzca considerablemente y la vida útil se acorte considerablemente. Para que el rendimiento del paquete de baterías alcance o se aproxime al nivel de rendimiento de una sola batería, es necesario ecualizar las respectivas baterías para minimizar el deterioro del rendimiento de carga y descarga de cada monómero en el paquete de baterías. En la actualidad, la mayoría de los fabricantes utilizan una placa de protección de carga equilibrada para mantener el paquete de baterías de iones de litio.

Por lo tanto, en el factor de seguridad de la batería de iones de litio, el material del electrodo es un factor crucial, y el sistema de material que puede garantizar el estándar de prueba de la industria es solo manganato de litio y fosfato de hierro y litio. Los aditivos de rendimiento de seguridad y los electrolitos compatibles comúnmente utilizados por los fabricantes garantizan un mejor uso de las baterías de iones de litio. Además, la placa de protección de iones de litio proporciona varias funciones para proteger la batería de litio, lo que puede garantizar el uso seguro y confiable de la batería de alimentación. El uso práctico de la función de ecualización de carga asegura que la batería de iones de litio pueda funcionar con alta seguridad y una larga vida útil. Desde la perspectiva de las tendencias futuras, el desarrollo conjunto de baterías de iones de litio, placas de protección especial y equipos es un camino de desarrollo científico.

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