1. Огнезащитный электролит.
Электролитные антипирены являются очень эффективным способом снижения риска термического разгона батарей, но эти антипирены часто оказывают серьезное влияние на электрохимические характеристики литий-ионных батарей, поэтому их трудно использовать на практике. Чтобы решить эту проблему, команда YuQiao из Калифорнийского университета в Сан-Диего [1] с помощью метода упаковки капсул будет использовать антипирен DbA (дибензиламин), хранящийся внутри микрокапсулы и рассеянный в электролите, в обычное время не влияет на производительность литий-ионных батарей, но когда элементы разрушаются под действием внешней силы, такой как экструзия, антипирены в этих капсулах затем высвобождаются, отравляя батарею и вызывая ее выход из строя, тем самым предупреждая ее. к тепловому разбегу. В 2018 году команда ЮйЦяо [2] снова использовала вышеуказанную технологию, используя этиленгликоль и этилендиамин в качестве антипиренов, которые были инкапсулированы и вставлены в литий-ионную батарею, что привело к снижению максимальной температуры литий-ионной батареи на 70% во время работы. тест на контактный контакт, что значительно снижает риск термоконтроля литий-ионного аккумулятора.
Упомянутые выше методы являются саморазрушающимися, а это означает, что после использования антипирена вся литий-ионная батарея будет разрушена. Однако команда АцуоЯмады из Токийского университета в Японии [3] разработала огнестойкий электролит, который не влияет на работу литий-ионных батарей. В этом электролите в качестве литиевой соли использовалась высокая концентрация NaN(SO2F)2(NaFSA) или LiN(SO2F)2(LiFSA), а в электролит добавлялся обычный антипирен триметилфосфат ТМП, что значительно улучшало термическую стабильность. литий-ионного аккумулятора. Более того, добавление антипирена не повлияло на цикличность работы литий-ионного аккумулятора. Электролит можно использовать более 1000 циклов (1200 C/5 циклов, сохранение емкости 95%).
Огнезащитные характеристики литий-ионных батарей за счет добавок являются одним из способов предупредить выход литий-ионных батарей из-под контроля. Некоторые люди также находят новый способ попытаться предупредить возникновение короткого замыкания в литий-ионных батареях, вызванного внешними силами от корня, чтобы достичь цели удаления нижней части и полностью исключить возникновение неконтролируемого нагрева. Учитывая возможное сильное воздействие используемых силовых литий-ионных батарей, Габриэль М.Вейт из Национальной лаборатории Ок-Ридж в США разработал электролит со свойствами загущения при сдвиге [4]. Этот электролит использует свойства неньютоновских жидкостей. В нормальном состоянии электролит жидкий. Однако при внезапном ударе он становится твердым, становится чрезвычайно прочным и даже может достичь эффекта пуленепробиваемости. Изначально он предупреждает о риске перегрева, вызванного коротким замыканием в аккумуляторе при столкновении силовой литий-ионной батареи.
2. Структура батареи
Далее рассмотрим, как затормозить тепловой разгон с уровня ячеек аккумулятора. В настоящее время проблема теплового разгона рассматривается при проектировании конструкций литий-ионных аккумуляторов. Например, в верхней крышке аккумулятора 18650 обычно имеется клапан сброса давления, который может своевременно сбросить избыточное давление внутри аккумулятора в случае температурного разгона. Во-вторых, в крышке батарейного отсека будет материал PTC с положительным температурным коэффициентом. Когда температура термического побега повышается, сопротивление материала PTC значительно увеличивается, что снижает ток и уменьшает выделение тепла. Кроме того, при проектировании конструкции одиночной батареи следует также учитывать конструкцию защиты от короткого замыкания между положительным и отрицательным полюсами, предупреждающую о неправильной эксплуатации, остатках металла и других факторах, приводящих к короткому замыканию батареи, что приводит к несчастным случаям.
При использовании второй конструкции в батареях необходимо использовать более надежную диафрагму, такую как автоматическое закрытие пор трехслойного композита при высокой температуре диафрагмы, но в последние годы, с улучшением плотности энергии батареи, тонкая диафрагма под тенденцией Трехслойная композитная диафрагма постепенно устарела, ее заменило керамическое покрытие диафрагмы, керамическое покрытие для поддержки диафрагмы, уменьшения сжатия диафрагмы при высоких температурах, улучшения термической стабильности литий-ионного аккумулятора и снижения риска тепловой разгон литий-ионного аккумулятора.
3. Конструкция термобезопасности аккумуляторной батареи.
При использовании литий-ионные батареи часто состоят из десятков, сотен или даже тысяч батарей, соединенных последовательно или параллельно. Например, аккумуляторный блок Tesla ModelS состоит из более чем 7000 аккумуляторов формата 18650. Если одна из батарей потеряет терморегуляцию, это может распространиться в аккумуляторном блоке и вызвать серьезные последствия. Например, в январе 2013 года в Бостоне, США, загорелся литий-ионный аккумулятор самолета Boeing 787 японской компании. По данным расследования Национального совета по безопасности на транспорте, квадратная литий-ионная батарея емкостью 75 Ач в аккумуляторном блоке вызвала тепловой разгон соседних батарей. После инцидента компания Boeing потребовала, чтобы все аккумуляторные блоки были оснащены новыми средствами предотвращения неконтролируемого распространения тепла.
Чтобы предотвратить распространение термического разгона внутри литий-ионных батарей, компания AllcellTechnology разработала изоляционный материал PCC для литий-ионных батарей на основе материалов с фазовым переходом [5]. Материал PCC, заполненный между мономерной литий-ионной батареей, в случае нормальной работы литий-ионного аккумуляторного блока, аккумуляторный блок в жару может быть быстро пропущен через материал PCC наружу аккумуляторного блока, когда тепловой разгон в литий-ионном аккумуляторе В батареях материал PCC за счет внутреннего плавления парафина поглощает много тепла, предотвращает дальнейшее повышение температуры батареи, таким образом предупреждая о выходе из-под контроля тепла во внутренней диффузии аккумуляторного блока. В тесте на укол тепловой разгон одной батареи в аккумуляторном блоке, состоящем из 4 и 10 рядов аккумуляторных блоков 18650 без использования материала PCC, в конечном итоге привел к тепловому разбегу 20 батарей в аккумуляторном блоке, в то время как тепловой разгон одного батарея в аккумуляторном блоке, изготовленном из материала PCC, не вызывала температурный разгон других аккумуляторных блоков.
Время публикации: 25 февраля 2022 г.