리튬 배터리의 안전성과 솔루션
휴대폰, 디지털 제품, 전기 자동차의 대중화와 함께 리튬 이온 배터리는 사람들의 삶에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 낮은 에너지 밀도 및 제한된 사이클 수명과 같은 사용 문제는 종종 비판을 받습니다. 하지만 이러한 문제점에 비해 리튬 배터리의 안전성이 주목받고 있다.
최근 몇 년 동안 배터리 안전 문제로 인한 사고가 많이 발생하고 있으며 업계를 충격에 빠트린 보잉 787 드림라이너의 리튬 배터리 화재 사고, 대규모 배터리 화재 및 폭발 사고 등 많은 문제의 결과가 충격적입니다. Samsung Galaxy Note 7에서. 리튬이온 배터리의 안전성이 다시 한 번 경종을 울렸습니다.
리튬 이온 배터리의 구성 및 작동 원리
리튬 이온 배터리는 주로 양극, 음극, 전해질, 분리막, 외부 연결 및 포장 부품으로 구성됩니다. 이 중 양극과 음극에는 활극 물질, 도전제, 바인더 등이 포함되어 있으며 동박 및 알루미늄박 집전체에 균일하게 코팅되어 있다.
리튬 이온 배터리의 양극 전위는 상대적으로 높으며 종종 리튬이 삽입된 전이 금속 산화물 또는 다중음이온 화합물(예: 리튬 코발테이트, 리튬 망간산염, 삼원, 리튬 철 인산염 등); 리튬 이온 배터리 음극 재료는 일반적으로 흑연 및 흑연화되지 않은 탄소와 같은 탄소 재료입니다. 리튬 이온 배터리 전해질은 주로 유기 혼합 용매와 리튬 염으로 구성된 비수용성 용액이며 용매는 탄산과 같은 유기 용매이고 리튬 염은 대부분 6 불화 인산 리튬과 같은 1가 다가 음이온 리튬 염입니다. 리튬 이온 배터리 분리막은 대부분 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 미세다공막으로 양극과 음극을 분리하고 전자의 통과로 인한 단락을 방지하며 전해질의 이온이 통과할 수 있도록 합니다.
충전 과정에서 배터리 내부에서 리튬이 이온 형태로 양극에서 추출되고 전해질에 의해 다이어프램을 통해 운반되고 음극에 매립됩니다. 배터리 외부에서 전자는 외부 회로에서 음극으로 이동합니다. 방전 과정에서 배터리 내부의 리튬 이온은 음극에서 추출되어 다이어프램을 통과하여 양극에 매립됩니다. 배터리 외부에서 전자는 외부 회로에서 양극으로 이동합니다. 충방전하면&'리튬 이온&'입니다. 원소&'리튬&' 대신 배터리 사이를 이동하므로 배터리를&'리튬 이온 배터리&'라고합니다.
둘째, 리튬 이온 배터리의 안전 위험
일반적으로 리튬 이온 배터리의 안전 문제는 연소 또는 폭발로 나타납니다. 이러한 문제의 근본 원인은 배터리 내부의 열 폭주입니다. 또한 과충전, 화재, 압착, 펑크 및 단락과 같은 일부 외부 요인 기타 문제도 보안 문제로 이어질 수 있습니다. 리튬 이온 배터리는 충전 및 방전 중에 열이 발생합니다. 발생하는 열이 배터리의 방열 용량을 초과하면 리튬 이온 배터리가 과열되어 배터리 재료가 SEI 필름, 전해질 분해, 양극 분해, 음극 및 전해질의 반응과 같은 파괴적인 부반응을 분해합니다. 음극과 바인더의 반응.
1 양극재의 안전 위험성
리튬 이온 배터리를 부적절하게 사용하면 배터리 내부 온도가 상승하고 양극 재료의 활성 물질이 분해되고 전해질이 산화됩니다. 동시에 이 두 반응은 많은 열을 발생시켜 배터리 온도를 더욱 높일 수 있습니다. 다른 탈리튬화 상태는 활성 물질의 격자 변형, 분해 온도 및 배터리의 열 안정성에 매우 다른 영향을 미칩니다.
2 음극재의 안전성 위험
초기에 사용된 음극재는 금속성 리튬이었으며, 조전지는 충방전을 반복하면 리튬 덴드라이트가 생성되기 쉬우며, 이는 다이어프램을 관통하여 배터리를 합선, 누출, 심지어 폭발까지 일으킵니다. 리튬 삽입 화합물은 리튬 수상 돌기의 생성을 효과적으로 방지하고 리튬 이온 배터리의 안전성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 온도가 상승함에 따라 리튬이 삽입된 상태의 탄소 음극이 먼저 전해질과 발열 반응을 한다. 동일한 충방전 조건에서 전해질과 리튬이 삽입된 인조 흑연 사이의 반응 열 방출 속도는 리튬이 삽입된 메조상 탄소 미소구체, 탄소 섬유, 코크스 등과의 반응보다 훨씬 더 크다.
3 격막 및 전해질의 안전 위험
리튬 이온 배터리의 전해질은 리튬 염과 유기 용매의 혼합 용액입니다. 시판되는 리튬염은 육불화인산리튬이다. 전해질의 열 안정성. 전해질의 유기용매는 탄산염으로 끓는점이 낮고 인화점이 낮고 리튬염과 반응하여 고온에서 PF5를 방출하기 쉽고 산화되기 쉽다.
4 제조 공정의 숨겨진 안전 위험 요소
리튬 이온 배터리의 제조 과정에서 전극 제조 및 배터리 조립과 같은 공정은 배터리의 안전성에 영향을 미칩니다. 양극 및 음극 혼합, 코팅, 압연, 절단 또는 펀칭, 조립, 전해질 충전, 밀봉 및 성형과 같은 다양한 공정의 품질 관리는 모두 배터리의 성능과 안전성에 영향을 미칩니다. 슬러리의 균일성은 전극 상의 활물질 분포의 균일성을 결정하여 전지의 안전성에 영향을 미친다. 슬러리의 미세도가 너무 크면 음극 재료가 충방전 중에 상대적으로 큰 변화를 일으키고 금속 리튬의 침전이 발생할 수 있습니다. 슬러리의 미세도가 너무 작으면 배터리의 내부 저항이 너무 커집니다. 코팅 가열 온도가 너무 낮거나 건조 시간이 충분하지 않으면 용매가 남아 있고 바인더가 부분적으로 용해되어 일부 활성 물질이 쉽게 벗겨집니다. 온도가 너무 높으면 바인더가 탄화되고 활물질이 떨어져 배터리 내부 단락이 발생할 수 있습니다.
배터리 사용 중 5가지 잠재적인 안전 위험
리튬 이온 배터리는 사용 중 과충전 또는 과방전을 최소화해야 합니다. 특히 단량체 용량이 큰 배터리의 경우 열 교란으로 인해 일련의 발열 부반응이 발생하여 안전 문제가 발생할 수 있습니다.
3개의 리튬 이온 배터리 안전 테스트 표시기
리튬 이온 배터리가 생산된 후 소비자에게 도달하기 전에 배터리의 안전성을 최대한 보장하고 잠재적인 안전 위험을 줄이기 위해 일련의 테스트가 필요합니다.
1. 압착 테스트: 완전히 충전된 배터리를 평평한 표면에 놓고 유압 실린더로 13±1KN의 압력을 가하고 직경 32mm의 강철 막대의 평평한 표면에서 배터리를 압착합니다. 스퀴즈 압력이 최대 스톱 스퀴즈에 도달하면 배터리에 불이 붙지 않고 폭발하지 마십시오.
2. 충격 시험: 배터리를 완전히 충전한 후 평평한 표면에 놓고 직경 15.8mm의 강철 기둥을 배터리 중앙에 수직으로 놓고 9.1kg의 추를 610mm 높이에서 자유롭게 떨어뜨립니다. 배터리 위의 강철 기둥. 배터리에 불이 붙거나 폭발하지 않습니다.
3. 과충전 테스트: 1C로 배터리를 완전히 충전하고 3C 과충전 10V에 따라 과충전 테스트를 수행합니다. 배터리가 과충전되면 전압이 일정 전압까지 상승하여 일정 시간 안정화됩니다. 일정 시간이 가까워지면 배터리 전압이 급격히 상승합니다. 특정 한계에 도달하면 배터리의 상단 캡이 당겨지고 전압이 0V로 떨어지고 배터리에 불이 붙거나 폭발하지 않습니다.
4. 단락 테스트: 배터리가 완전히 충전된 후, 배터리의 양극과 음극이 50mΩ 이하의 저항을 갖는 와이어로 단락되고 배터리 표면 온도가 테스트됩니다. 배터리 표면의 최대 온도는 140℃입니다. 배터리 캡이 열려 있고 배터리에 불이 붙거나 폭발하지 않습니다. .
5. 침술 테스트: 완전히 충전된 배터리를 평평한 표면에 놓고 직경 3mm의 강철 바늘로 배터리를 반경 방향으로 관통합니다. 테스트 배터리에 불이 붙거나 폭발하지 않습니다.
6. 온도 사이클 테스트: 리튬 이온 배터리의 온도 사이클 테스트는 운송 또는 보관 중 저온 및 고온 환경에 반복적으로 노출될 때 리튬 이온 배터리의 안전성을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. 시험은 급격하고 극단적인 온도 변화를 사용하는 것입니다. 테스트 후 샘플이 발화, 폭발 또는 누출되지 않아야 합니다.
4가지 리튬 이온 배터리 안전 솔루션
리튬 이온 배터리의 재료, 제조 및 사용 과정에서 숨겨진 많은 안전 위험을 고려할 때 안전 문제가 발생하기 쉬운 부품을 개선하는 방법은 리튬 이온 배터리 제조업체가 해결해야 하는 문제입니다.
1 전해질의 안전성 향상
특히 고온에서 전해질과 양극 및 음극 사이에 높은 반응 활성이 있습니다. 전지의 안전성을 향상시키기 위해서는 전해액의 안전성을 높이는 것이 보다 효과적인 방법 중 하나이다. 전해질의 잠재적인 안전 위험은 기능성 첨가제를 추가하고, 새로운 리튬염을 사용하고, 새로운 용매를 사용함으로써 효과적으로 해결할 수 있습니다.
첨가제의 다양한 기능에 따라 안전 보호 첨가제, 필름 형성 첨가제, 양극 보호 첨가제, 안정화 리튬 염 첨가제, 리튬 침전 촉진 첨가제, 집전체 방식 첨가제 및 습윤성 향상 첨가제의 범주로 나눌 수 있습니다. .
상용 리튬염의 성능을 향상시키기 위해 연구자들은 리튬염에 원자를 치환하고 많은 유도체를 얻었다. 이 중 원자를 퍼플루오로알킬기로 치환한 화합물은 높은 인화점, 유사한 전도도, 향상된 내수성 등 많은 장점이 있다. , 응용 가능성이 큰 리튬 염 화합물의 일종입니다. 또한, 붕소 원자를 산소 배위자로 킬레이트하여 얻어지는 음이온성 리튬염은 열안정성이 높다.
용매와 관련하여 많은 연구자들이 카르복실산 에스테르 및 유기 에테르와 같은 일련의 새로운 유기 용매를 제안했습니다. 또한, 이온성 액체는 안전성이 높지만 비교적 일반적으로 사용되는 탄산염계 전해질 종류의 전해질을 가지고 있습니다. 이온성 액체의 점도는 수십 배 더 높으며 전도도 및 이온 자체 확산 계수는 낮습니다. 실용화까지는 아직 과제가 많다. 할 것.
2 전극 재료의 안전성 향상
리튬인산철과 3원 복합재료는 저가로 간주된다. 음극재로, 전기차 산업에서 대중화될 수 있다. 양극재의 안전성 향상을 위한 일반적인 방법은 코팅 개질이다. 예를 들어, 금속 산화물로 양극 물질의 표면 코팅은 양극 물질과 전해질 사이의 직접적인 접촉을 방지하고 양극 물질의 상 변화를 억제하며 구조적 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 부반응에 의한 발열을 줄이기 위한 결정격자.
음극재의 경우, 표면이 리튬 이온 배터리에서 열화학적 분해 및 발열이 가장 잘 일어나기 때문에 SEI 필름의 열 안정성을 향상시키는 것이 음극재의 안전성을 향상시키는 핵심 방법입니다. 약한 산화, 금속 및 금속 산화물 증착, 폴리머 또는 탄소 코팅을 통해 음극 재료의 열 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
3 향상된 배터리 안전 보호 설계
배터리 재료의 안전성을 향상시키는 것 외에도 상업용 리튬 이온 배터리는 배터리 안전 밸브 설정, 온도 퓨즈, 양의 온도 계수를 가진 구성 요소를 직렬로 연결, 열 밀봉 다이어프램 사용, 전용 보호 회로 로드, 전용 배터리 관리 시스템 등도 보안을 강화하는 수단입니다.
5대 리튬이온 배터리 안전 솔루션 제공업체
리튬 이온 배터리의 안전성이 점점 더 주목을 받으면서 많은 기업이 리튬 이온 배터리의 잠재적인 안전 위험에 대해 구체적으로 연구 개발을 수행하고 효과적인 배터리 안전 솔루션을 제시했습니다.
국내 전력 배터리 열폭주 경고 및 안전 기술의 초기 연구원이자 배터리 상자 특수 자동 소화 장치의 선구자로서 Chuangwei New Energy는&'리튬 이온 배터리 열 폭주 모델&'을 개척했습니다. 배터리 상자 열 폭주 모니터링 및 자동 소화 촉진. 대규모 기술 적용.
& quot;리튬 이온 배터리 열 폭주 모델" 수직, 수평 및 수직의 세 가지 차원으로 나뉩니다. 수직 방향은 여러 센서의 데이터 중복입니다. 즉, 동일한 환경에서 여러 센서 데이터 세트가 서로 다른 재료 및 다른 환경의 데이터 특성화 곡선을 시뮬레이션하기 위해 적합합니다. 수평 방향은 노이즈 간섭을 제거하기 위해 센서의 기록 데이터에 대한 연속 시간 알고리즘으로 임계값 방법에서 잘못된 경보, 잘못된 경보 및 조기 경고 지연 문제를 효과적으로 해결합니다. 수직 구멍, 무딘 바늘 백로그 및 기타 방법을 사용하여 다양한 유형의 전원 배터리의 열 폭주 프로세스를 시뮬레이션합니다.
수많은 실험과 실제 운전 데이터를 바탕으로 한 3차원 융합, 수학적 방법을 통해 열폭주로 인한 다양한 변수들 간의 내부 관계를 정리하고, 신경학적 원리를 이용하여 극초기, 고신뢰, 자기형성 -작동"리튬 이온" 배터리 열 폭주 모델" 배터리 수명에 숨겨진 위험에 대한 조기 경고 및 지능형 제어를 실현합니다.
실제 차량 운행에서 발생한 다수의 조기경보 사례를 통해 이 모델의 실효성과 진보성을 입증해 현재 배터리박스 열폭주경보 및 자동소화기술의 핵심기술이 됐다.
Shenzhen Benwei 배터리는 R& D, 리튬 이온 배터리 생산 및 판매를 전문으로 하는 하이테크 기업입니다. 제품 응용 분야는 전기 자동차 리튬 배터리, 리튬 전원 배터리, 에너지 저장 리튬 배터리 등을 포함합니다. 회사와 배터리 셀 제조업체는 장기적인 안정성을 유지하고 협력 관계를 유지하고 최신 기술 성과 및 개념을 전체 시리즈 제품에 적용합니다. 개발 프로세스. 제조 작업장에는 고급 생산 장비와 일류 테스트 장비가 갖춰져 있습니다. 동시에 전문 생산 및 품질 관리 팀 그룹을 보유하고 있으며 생산 링크의 모든 단계를 엄격하게 준수하고 프로세스의 지속적인 최적화 및 개선을 통해 배터리 안전을 보장합니다.
