1. Vlamvertragend van elektrolyt
Elektrolyt-vlamvertragers zijn een zeer effectieve manier om het risico op thermische overstroming van batterijen te verminderen, maar deze vlamvertragers hebben vaak een ernstige impact op de elektrochemische prestaties van lithium-ionbatterijen, waardoor ze in de praktijk moeilijk te gebruiken zijn. Om dit probleem op te lossen, zal het YuQiao-team [1] van de Universiteit van Californië, San Diego, met de methode van capsuleverpakking, vlamvertragend DbA (dibenzylamine) opslaan in de binnenkant van de microcapsule, verspreid in de elektrolyt, in normale tijden zullen geen invloed hebben op de prestaties van lithium-ionbatterijen, maar wanneer de cellen worden vernietigd door externe krachten zoals extrusie, komen de vlamvertragers in deze capsules vrij, waardoor de batterij wordt vergiftigd en kapot gaat, waardoor deze wordt gewaarschuwd tot thermische runaway. In 2018 maakte het team van YuQiao [2] opnieuw gebruik van bovenstaande technologie, waarbij ethyleenglycol en ethyleendiamine als vlamvertragers werden gebruikt, die werden ingekapseld en in de lithium-ionbatterij geplaatst, wat resulteerde in een daling van 70% in de maximale temperatuur van de lithium-ionbatterij tijdens het gebruik. de pin-pin-test, waardoor het risico op thermische controle van de lithium-ionbatterij aanzienlijk wordt verminderd.
De hierboven genoemde methoden zijn zelfvernietigend, wat betekent dat zodra de vlamvertrager wordt gebruikt, de hele lithium-ionbatterij wordt vernietigd. Het team van AtsuoYamada aan de universiteit van Tokio in Japan [3] heeft echter een vlamvertragend elektrolyt ontwikkeld dat de prestaties van lithium-ionbatterijen niet beïnvloedt. In deze elektrolyt werd een hoge concentratie NaN(SO2F)2(NaFSA)ofLiN(SO2F)2(LiFSA) gebruikt als lithiumzout, en een gebruikelijk vlamvertragend trimethylfosfaat TMP werd aan de elektrolyt toegevoegd, wat de thermische stabiliteit aanzienlijk verbeterde. van lithium-ionbatterij. Bovendien had de toevoeging van vlamvertrager geen invloed op de cyclusprestaties van de lithium-ionbatterij. De elektrolyt kan meer dan 1000 cycli worden gebruikt (1200 C/5 cycli, 95% capaciteitsbehoud).
De vlamvertragende eigenschappen van lithium-ionbatterijen door middel van additieven zijn een van de manieren om lithium-ionbatterijen te waarschuwen voor uit de hand gelopen hitte. Sommige mensen vinden ook een nieuwe manier om te proberen het optreden van kortsluiting in lithiumionbatterijen te waarschuwen, veroorzaakt door externe krachten vanaf de wortel, om het doel van het verwijderen van de bodem te bereiken en het optreden van uit de hand gelopen hitte volledig te elimineren. Met het oog op de mogelijke gewelddadige impact van gebruikte lithium-ionbatterijen, ontwierp GabrielM.Veith van het Oak Ridge National Laboratory in de Verenigde Staten een elektrolyt met afschuifverdikkingseigenschappen [4]. Deze elektrolyt maakt gebruik van de eigenschappen van niet-Newtonse vloeistoffen. In normale toestand is de elektrolyt vloeibaar. Wanneer het echter wordt geconfronteerd met een plotselinge impact, zal het een vaste toestand vertonen, extreem sterk worden en zelfs het effect van kogelvrijheid bereiken. Vanaf de basis waarschuwt het voor het risico van thermische overstroming veroorzaakt door kortsluiting in de batterij wanneer de krachtige lithium-ionbatterij botst.
2. Batterijstructuur
Laten we vervolgens eens kijken hoe we de thermische runaway van het niveau van de batterijcellen kunnen afremmen. Momenteel wordt bij het structurele ontwerp van lithiumionbatterijen rekening gehouden met het probleem van thermische runaway. Er zit bijvoorbeeld meestal een overdrukventiel in de bovenklep van de 18650-batterij, die de overmatige druk in de batterij tijdig kan aflaten bij thermische overstroming. Ten tweede zal er PTC-materiaal met een positieve temperatuurcoëfficiënt in het batterijdeksel zitten. Wanneer de thermische op hol geslagen temperatuur stijgt, zal de weerstand van PTC-materiaal aanzienlijk toenemen om de stroom te verminderen en de warmteontwikkeling te verminderen. Bovendien moet bij het ontwerp van de structuur van de enkele batterij ook rekening worden gehouden met het anti-kortsluitingsontwerp tussen de positieve en negatieve polen, alert vanwege verkeerde bediening, metaalresten en andere factoren die resulteren in kortsluiting van de batterij en veiligheidsongevallen veroorzaken.
Bij het tweede ontwerp in batterijen moet het diafragma veiliger worden gebruikt, zoals automatisch gesloten poriën van drielaags composiet bij hoge temperaturen, maar de laatste jaren, met de verbetering van de energiedichtheid van de batterij, is een dun diafragma onder de trend van drielaags composietmembraan is geleidelijk verouderd, vervangen door de keramische coating van het diafragma, keramische coating voor de ondersteuning van het diafragma, vermindert de samentrekking van het diafragma bij hoge temperaturen, verbetert de thermische stabiliteit van de lithium-ionbatterij en vermindert het risico op thermische runaway van lithium-ionbatterij.
3. Thermisch veiligheidsontwerp van de batterij
In gebruik bestaan lithium-ionbatterijen vaak uit tientallen, honderden of zelfs duizenden batterijen via serie- en parallelle verbinding. Zo bestaat het accupakket van Tesla ModelS uit ruim 7.000 18650 accu’s. Als een van de batterijen de thermische controle verliest, kan deze zich in de batterij verspreiden en ernstige gevolgen hebben. In januari 2013 vloog bijvoorbeeld de Boeing 787 lithium-ionbatterij van een Japans bedrijf in brand in Boston, de Verenigde Staten. Volgens het onderzoek van de National Transportation Safety Board veroorzaakte een vierkante lithium-ionbatterij van 75 Ah in het batterijpakket een thermische overstroming van aangrenzende batterijen. Na het incident eiste Boeing dat alle batterijpakketten moesten worden uitgerust met nieuwe maatregelen om ongecontroleerde thermische verspreiding te voorkomen.
Om te voorkomen dat thermische runaway zich verspreidt in lithium-ionbatterijen, heeft AllcellTechnology een thermisch runaway-isolatiemateriaal PCC ontwikkeld voor lithium-ionbatterijen op basis van faseveranderingsmaterialen [5]. PCC-materiaal gevuld tussen monomeer lithium-ionbatterij, in het geval van normaal werk van het lithium-ionbatterijpakket, kan het batterijpakket in de hitte snel door het PCC-materiaal worden geleid naar de buitenkant van het batterijpakket, wanneer het thermisch op hol slaat in lithiumion Batterijen absorberen het PCC-materiaal door het interne smelten van paraffine veel warmte, waardoor de temperatuur van de batterij niet verder stijgt, dus alert op onbeheersbare hitte in de interne diffusie van het batterijpakket. In de speldenpriktest veroorzaakte de thermische runaway van één batterij in een batterijpakket bestaande uit 4 en 10 reeksen van 18650 batterijpakketten zonder het gebruik van PCC-materiaal uiteindelijk de thermische runaway van 20 batterijen in het batterijpakket, terwijl de thermische runaway van één De batterij in het batterijpakket van PCC-materiaal veroorzaakte niet de thermische runaway van andere batterijpakketten.
Posttijd: 25 februari 2022