部队火锅,锂电池的开发史(五、锂电池事端原因大多为过充电),安居客租房

admin 5个月前 ( 04-21 02:39 ) 0条评论
摘要: 锂电池的开发史(五、锂电池事故原因大多为过充电)...

锂电池(LIB)因本身缺点发作事端的概率极低。在2009年3月于美国佛罗里达州举行的电池世界学会“26th International Battery Seminar & Exhibit”上,美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratory,SNL)宣告电池本身引发事端的概率在1ppm以下。而从事电池安全对策的美国TIAX LLC则表明事端概率在0.泓宣尹南风2蛋生王妃~0.5ppm之间,超越了质量办理办法“六西格玛(6)”的办理极限。

1ppm的概率极低,能够称之为稀有现象。在美国1年内死于雷击的概率约为1ppm。在日本买***中头奖的概率为0.1ppm。也便是说,LIB因本身缺点发作事端的概率略高于中头奖,与雷击逝世根本相同。这是由于LIB采纳了多重的安全对策。

可是,LIB实践发作事端的概率却远远高于ppm的数量级。这是由于大大都事端并不是电池本身缺点引起的,而是外在要素导致。在前面说到的学会上,SNL表明绝大大都的事端原因都是揉捏、加热、过充电等外在要素。

这些状况其实很少有人知晓。直到现在,不少观念还把事端的主要原因以为是电池本身存在缺点。南摆鹰日本电池工业会最近提出了测验金属片进入电池是否会要挟安全性的测验办法。具体办法是在卷绕后的电池元件中钱龙博亚刺进金属片,经过加载压力,强制使金属片引发内部短路。查询在这一进程中,电池是否呈现发热、冒烟、起火等现象。这是由于有责备以为“制造工序中混入LIB的金属片会成为内部短路的导火线,终究引发事端”。

电池事端大都源于运用不当

大大都制造商现已施行了根本相同的测验。其代表是在充电后,用钉子穿透电池的“穿钉测验”。在此基础上,假如电池中混入金属片等杂质,引发了弱小的内部短路,经过老化测验应该能够予以筛除。这意味着存在缺点的电池作为产品流入商场的或许性极低。电池工业会提出的测验实践上是在重复施行相同的测验,其必要性令人生疑。

当然,即便制造完结时不存在内部短路,在运用进程中,电池也完全有或许发作内部短路。假定在部队火锅,锂电池的开发史(五、锂电池事端原因大多为过充电),安居客租房充电时,电极内生成枝晶状金属,引发了内部短路。构成这种毛病的原因主要有两个。一个是充放电时,电极中掺杂的金属片溶出到电解液中,在对极分出。

另一个是电池内部含有数百ppm等级(相关于电解液总量的份额)的许多水分。水分进入电池后,会与支撑电解质LiPF6发作反响,生成氢氟酸(HF)。HF为强酸,会溶解正极活性物质和集电体,在充放电时,使这些物质在对极以金属枝晶的形状分出。LIB刚刚呈现的时分,同样在枯燥室中制造,枯燥的冬天与高湿的夏日的产品比较,冬天的产品在各方面的功用更好,由此可见,LIB关于出产环境的湿度十分青岛港联捷场站灵敏。

现在,电池的制造工序采纳了完全去除水分的对策。比方说对各种资料进行枯燥。最重要的进程,是对简略吸附水分的负极运用的碳进行枯燥,使电解液经过脱水塔,去除微量水分。并且制造要在露点设定于-60~-40℃之间的枯燥室中进行。为稳妥起见,卷绕电池元件后,还要运用真空枯燥机再次对元件进行枯燥。

采纳周全对策意味着在制造工序之中,哪怕是一丁点的过失,都或许导致电池呈现以本身为原因的重大事端。因而,LIB制造商有必要铭记,在电池的制造工序中容不得一丝松懈。

可是,不管电池制造商怎样在制造工序中各样当心,前进安全性,用户不正确运用的话,也无法根绝事端的发作。就像SNL和TIAX指出的那样,与电池本身缺点比较,外在要素引发事端的或许性要大得多。

过充电是二次电池的大敌

什么才叫正确运用电池?最重要的是防止过充电。微量的过充电也有或许导致冒烟和着火等事端。比方说,FUJITSU TECHNO RESEARCH曾对4.25V和4.30V电压下充电的LIB别离进行了“揉捏测验”和“穿钉测验”(图1)。成果,4.25V充电的LIB没有呈现问题,而4.30V充电的LIB呈现了冒烟和着火。戋戋50mV的不同,就有或许变成重大事端。

图1:电池焚烧的一大原因在于过充电

充电电压仅相差50mV左右,电池就会发作焚烧(a,b)。(拍摄:FUJITSU TECHNO RESEARCH)

过充电导致事端的风险性不只存在于LIB,还存在于一切二次电池。比方深圳富图视觉说安全性远高于LIB的Ni-Cd(镍镉)二次电池。电解液运用水溶液,正极和负极别离运用镍(Ni)和镉(Cd)的化合物。没有任何着火要素。尽管如此,这种电池仍然会因过充电而处于风险状况。

Ni-Cd二次电池充溢后,正极将发作氧气,负极将发作氢气。一旦混合构成氧气与氢气体积比为1:2“爆鸣气”,在遇到某些诱因的时分,很简略发作爆炸。

为防止这种现象发作,Ni-Cd二次电池经过改进,在负极选用了超越必需量的镉化合物。如此一来,在充电爱的开释快要完毕的时分,正极将先行充溢并发作氧气,而负极还存在未充电的部分,将继续充电。正极发作的氧气移动到负极,与负极充电完结部分的金属镉发作反响。反响后的金属镉回到未充电状况。这使得负极总是存在未充电的部分,能够不断耗费正极输送来的氧气。

这个办法看似满有把握,其实也存在缺点。在低温下,吸氧反响的反响速度慢,镉负极的吸氧反响将遭到按捺。氧气发作与吸收的平衡一旦打破,负极将到达充溢状况并发作氢气,然后构成爆鸣气。这种状况简略在快速充电等运用大电流充电时发作。

过充电为什么风险?

关于LIB,过充电构成的影响更严峻。原因在于过充电会构成两个大问题。一个是超越负极锂容量(理论容量,石墨为372m部队火锅,锂电池的开发史(五、锂电池事端原因大多为过充电),安居客租房Ah/g)的锂将转化为金属锂,以枝晶状分出。这有或许构成内部短路。

另一个是正极会发作反响性十分强的氧气。假如氧气与LIB内的电解液、锂和碳的化合物结合,也便是发作氧化反响,或许会导致发热和着火。

下面以正极的代表性物质钴酸锂(LiCoO2)为例,来具体解说一下其间的原因。LiCoO2的结构是在氧化钴(CoO2)层之间刺进锂。充电时,锂将脱离正极,向负极移动。锂脱离后,“空房子”(空地)将会增加。钴(Co)会趁虚而入,钻进这些“空房子”寄住。跟着充电的进行,“空房子”越多,或是温度越高,钴越简略发作移动。钴移动到锂从前的地盘后,之前与钴组成CoO2的氧将失掉同伴,也从正极脱离。

这些氧是以原子状况独自存在的“初生态氧”江天鸿,反响性十分强,与任何物质都很简略发作反响注1)。LIB中含有简略氧化的电解液、锂和碳的化合物,这些物质会与氧结合,导致发热和着火。

注1)空气中的氧是原子结合构成的氧气(02)(键位占满),反响性不强。假如反响性强,生物情痴大圣在呼吸时,肺就会与氧气发作反响并灼伤,无法生计planetsuzy。咱们有必要感谢氧气不具有强反响性。

“初生态氧”会在怎样的条件下发作?咱们以Li1-xCoO2的x为参数,经过运用热质量分析法检测改动温度时的质量改变,对相关条件进行了研讨(图2)。成果显现,x越大,也便是充电进展越大,质量开端削减的温度越低,削减量越大。质量削减是氧脱附的体现。并且咱们还发现,充电进展越大(x越大),脱附的氧越多,氧脱附发作的温度越低。也便是说,要想按捺“初生态氧”发作,不在超越规则的电压下充电(防止过充电)、电池不升温注2)是必需条件。为满意这些条件,拼装企业等LIB的运用者有必要当心谨慎。

注2)在组成LiCoO2时增加铝(Al)和镁(Mg)也是按捺初生态氧发作的有用手法。增加这些物质后,氧脱附温度将升高,在必定程度上能够遏止脱附反响。


图2:充电进展越大,正极质量越小

经过Li1-xCoO2的x的差异表明正极的质量改变。x越大表明充电进展越大。跟着氧脱附的进行,正极质量变小。

快速充电是构成过充电的原因

简略发作过充电的状况主要有两种:快速充电时、电池单元失衡时。先来部队火锅,锂电池的开发史(五、锂电池事端原因大多为过充电),安居客租房看快速充电。

LIB引荐选用稳定电流/稳定电压(CC/CV:constant current/constant voltage)充电。这是先在稳定电流下充电(CC充电),当到达规则电压后,切换至稳定电压充电(CV充电)的办法(图3)。一般的LIB在开端充电时,充电电压为4.2V,电流为1C注3)。由于电流为1C,所以在理论上,1个小时后,端电压将到达4.2V。但充电电压与端电压之间,存在叫作“过压”*的误差。因而,当充电电压到达4.2V时,实践的端电压低于4.2V。

注3)以1C充电是指以理论上可1小时充溢的电流充电。电池容量为2000mAh时,1C为2000mA。5C充电则是以1C的5倍,也便是1万mA的电流充电。

*过压=电极反响发作电流时,电极电位会违背平衡电位。这个偏移叫作过压。比方说,在进行电解时,加载的电压不高于理论电压,就不会发作电解。对电池来说,实践的电池电压低于由正极、电解液、负极的组合决议的理论电压。


图3:稳定电流/稳定电压充电(CC/CV)的状况

LIB引荐选用以稳定电流开端充电,在到达规则电压后,切换至稳定电压充电的CC/CV充电。

这便是说,充电电压到达4.2V时,电池没有充溢,充电量仅为70~文强死刑犯枪决现场80%左右。要想继续充溢,需求切换到CV充电,在保持4.2V的充电电压的一起,渐渐弥补剩下的20~30%。不过,在CV充电时,电流会缩小,假如为缩短充电时刻,扩展CC充电时的电流值,过压罪恶都市阳光车行使命的偏移将会增大,使充电电压提早到达4.2V。电池或许会需求更长的时刻才干充溢。

假如只需充入70~80%的电量,经过在CC充电时进行大电流快速充电,20~30分钟即可完结。可是,要想运用CC充入挨近100%的电量,则有些不切实践。由于到达这个意图需求的电压高于4.2V的规则电压,会构成“快速充电=过充电”的等式。

设置维护电路应对单元失衡

最近有一种思路:即便充电电压超越规则电压,只需选用脉冲充电的办法,凭借电流的中止,就不会构成过充电。但脉冲充电的暂停时刻意味着脉冲电流要大于接连充电的电流。尽管充电快,但有必要加载高于金箍棒传奇3完整版规则值的电压,仍然会构成过充电。咱们千万不要误解。

构成过充电的另一个要素是电池组电池单元功用的失衡。下面以两个单元串联而成的简略电池组为例进行介绍。

假定两个单元中的一个劣化严峻,容量呈现失衡。假如在这种状况下为两个单元充电,容量劣化的单元将提早到达充溢状况。假定一方的电压为4.2V,另一方为3.8V。此刻,充电电压为4.2V的2倍,也便是8.4V,依照简略计算,充电结部队火锅,锂电池的开发史(五、锂电池事端原因大多为过充电),安居客租房束时,一个单元的电压为4.4V丁老头和囧gg全集,另一个为4.0V。4.4V的单元显着处于过充电状况。

防止失衡导致过充电的办法,是在外部设置维护电路,在单元电压到达4.2V时中止充电。可是,假如单元数量多,选用这种办法需求设置许多的FET,用来监控电压,在本钱上并不合算。

对氧化复原对资料寄予希望

不依赖维护电路等设备,使电池本身能够防备过充电的资料一向没有停下开发的脚步。尽管没有投入有用,但作巨思特教育集团为此类资料的代表,氧化复原对资料的远景备受看好。资料的效果机制不难解说,现已得到了Ni-Cd二次电池和镍氢二次电池的选用。

关于Ni-Cd二次电池的过充电问题,前面现已说过,在充溢电时,正极将发作氧,发作的氧将被负极耗费。换句话来说,便是正极发作(氧化反响)的氧在负极耗费(复原反响),这个进程耗时绵长。在充电时,电池处于下面的循环状况。

也便是说,只需构成这样的循环,就能制造出不会呈现过充电的电池。这叫作氧化复原对反响。氧化复原(Redox)包含还锚草论原(Reduction)与氧化(Oxidation)两个进程。

LIB不能像Ni-Cd二次电池那部队火锅,锂电池的开发史(五、锂电池事端原因大多为过充电),安居客租房样,直接赋予其氧化复原对功用。这是由于在充电时假如不操控电压,正极的Li+(锂离子)将源源不断地被运往负极。LIB发作氧化复原对反响有必要另行选用具有该功用的资料。这现已成为了电池开发人员常年面临的课题。

选用由具有氧化复原对功用的单元组成的电池组能够处理电池单元失衡的问题(图4)。当某个特定单元提早充溢后,该单元的氧化复原对功用将发动,中止为电极充电。而未充溢的其他单元的氧化复原对功用不发动,继续进行充电。


图4:运用万艳录氧化复原对资料能够处理电压的不均

曩昔的电池组在单元失衡的状况下中止充电的状况(a),运用氧化复原对资料的电池组能够使一切单元到达相同电压(b)。图片依据3M公司的论文制造。

笔者的研讨室曾在大约25年前测验开发过氧化复原对资料。咱们其时测验的资料只能在十分小部队火锅,锂电池的开发史(五、锂电池事端原因大多为过充电),安居客租房的电流下发作氧化复原对反响,敷衍不了一般的充电电流。

近年来,随邓鸿伟着仿真技术的前进,人们关于什么结构的化合物会发作氧化复原对反响现已有了必定的了解。2008年,美国3M公司开发出在3.9V的电压下作业的氧化复原对资料,使有用化带上了一丝实际颜色(图5)。现在,在4.2V下作业的资料也在研讨之中,假如有用,应该能够应用于占有LIB干流的LiCoO2系电池。


图5:在3.9V下作业的3M公司的氧化复原对资料

经过重复进行氧化复原反响防止过充电的氧化复原对资料的研讨是新一代电池开发的一大焦点。3M公司开发出了在3.9V下作业的资料。图片依据3M公司的论文制造。

除此之外,阻燃电解液的开发也在进行。增加阻燃剂会严峻影响电池功用,因而,许多观念都以为阻燃性电解液难以投入有用。最近,常温下的熔融盐电解液(离子液体)开发成功。这种电解液具有蒸气压低、不易燃的特色。尽管有观点以为其离子导电率等性质不完善、离子液体无法防止焚烧,现在没有到达有用水平,但部队火锅,锂电池的开发史(五、锂电池事端原因大多为过充电),安居客租房关于往后的开展,笔者充溢了等待。

除了运用氧化复原对资料和离子液体等前进安全性的测验之外,高安全性的正极活性物质和负极活性物质的开发当然也在继续进行。雪之舞第十二套完整版

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作者:admin本文地址:http://dollfacebarbie.com/articles/989.html发布于 5个月前 ( 04-21 02:39 )
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