1. Zaviralec gorenja elektrolita
Elektrolitski zaviralci gorenja so zelo učinkovit način za zmanjšanje tveganja toplotnega odtekanja baterij, vendar imajo ti zaviralci gorenja pogosto resen vpliv na elektrokemično delovanje litij-ionskih baterij, zato jih je težko uporabljati v praksi.Da bi rešili to težavo, bo ekipa YuQiao [1] z univerze v Kaliforniji v San Diegu z metodo pakiranja kapsul uporabila zaviralec gorenja DbA (dibenzil amin), shranjen v notranjosti mikrokapsule, razpršen v elektrolitu, v normalni časi ne bodo vplivali na delovanje litij-ionskih baterij, ko pa celice uniči zunanja sila, kot je ekstrudiranje, se sprostijo zaviralci gorenja v teh kapsulah, ki zastrupijo baterijo in povzročijo njeno odpoved ter jo opozorijo do toplotnega bega.Leta 2018 je ekipa YuQiao [2] ponovno uporabila zgornjo tehnologijo, pri čemer je uporabila etilen glikol in etilendiamin kot zaviralca gorenja, ki sta bila kapsulirana in vstavljena v litij-ionsko baterijo, kar je povzročilo 70-odstotni padec najvišje temperature litij-ionske baterije med pin pin test, kar znatno zmanjša tveganje toplotnega nadzora litij-ionske baterije.
Zgoraj omenjene metode so samouničljive, kar pomeni, da bo po uporabi zaviralca gorenja celotna litij-ionska baterija uničena.Vendar pa je AtsuoYamadina ekipa na univerzi v Tokiu na Japonskem [3] razvila ognjevarni elektrolit, ki ne bo vplival na delovanje litij-ionskih baterij.V tem elektrolitu je bila kot litijeva sol uporabljena visoka koncentracija NaN(SO2F)2(NaFSA) ali LiN(SO2F)2(LiFSA), elektrolitu pa je bil dodan običajni ognjevarni trimetilfosfat TMP, kar je znatno izboljšalo toplotno stabilnost litij-ionske baterije.Še več, dodajanje zaviralca gorenja ni vplivalo na delovanje cikla litij-ionske baterije.Elektrolit se lahko uporablja za več kot 1000 ciklov (1200 C/5 ciklov, 95 % zadrževanje zmogljivosti).
Značilnosti zaviranja gorenja litij-ionskih baterij prek dodatkov so eden od načinov, kako litij-ionske baterije opozoriti, da segretje uide iz nadzora.Nekateri ljudje najdejo tudi nov način, kako poskusiti opozoriti na pojav kratkega stika v litij-ionskih baterijah, ki ga povzročajo zunanje sile iz korenine, tako da dosežejo namen odstranitve dna in popolnoma odpravijo pojav toplote brez nadzora.Glede na možni močan vpliv močnih litij-ionskih baterij v uporabi je GabrielM.Veith iz Oak Ridge National Laboratory v Združenih državah zasnoval elektrolit z lastnostmi strižnega zgostitve [4].Ta elektrolit izkorišča lastnosti ne-newtonskih tekočin.V normalnem stanju je elektrolit tekoč.Ko pa se sooči z nenadnim udarcem, bo predstavljal trdno stanje, postal izjemno močan in lahko celo doseže učinek neprebojnosti.Od korena opozori na nevarnost toplotnega pobega, ki ga povzroči kratek stik v bateriji, ko močna litij-ionska baterija trči.
2. Struktura baterije
Nato si poglejmo, kako zavirati toplotno bežanje z ravni baterijskih celic.Trenutno je bil problem toplotnega uhajanja obravnavan pri konstrukcijski zasnovi litij-ionskih baterij.Na primer, v zgornjem pokrovu baterije 18650 je običajno nameščen ventil za razbremenitev tlaka, ki lahko pravočasno sprosti čezmerni tlak v bateriji, ko pride do toplotnega uhajanja.Drugič, v pokrovu baterije bo material PTC s pozitivnim temperaturnim koeficientom.Ko se toplotna odvodna temperatura dvigne, se bo odpornost materiala PTC znatno povečala, da se zmanjša tok in zmanjša nastajanje toplote.Poleg tega je treba pri načrtovanju strukture posamezne baterije upoštevati tudi zasnovo proti kratkemu stiku med pozitivnim in negativnim polom, opozorilo zaradi napačnega delovanja, kovinskih ostankov in drugih dejavnikov, ki povzročijo kratek stik baterije, kar povzroči varnostne nesreče.
Pri drugi zasnovi v baterijah je treba uporabiti bolj varno membrano, kot je samodejno zaprta pora troslojnega kompozita pri visoki temperaturi membrane, vendar je v zadnjih letih z izboljšanjem energijske gostote baterije tanka membrana pod trendom troslojna kompozitna membrana je postopoma zastarela, nadomestila jo je keramična prevleka membrane, keramična prevleka za namene podpore diafragme, zmanjša krčenje membrane pri visokih temperaturah, izboljša toplotno stabilnost litij-ionske baterije in zmanjša tveganje toplotni odvod litij-ionske baterije.
3. Zasnova termične varnosti paketa baterij
V uporabi so litij-ionske baterije pogosto sestavljene iz desetin, sto ali celo tisoč baterij prek serijske in vzporedne povezave.Na primer, paket baterij Tesla ModelS je sestavljen iz več kot 7000 baterij 18650.Če ena od baterij izgubi temperaturni nadzor, se lahko razširi po baterijskem paketu in povzroči resne posledice.Na primer, januarja 2013 je v Bostonu v ZDA zagorela litij-ionska baterija japonskega podjetja Boeing 787.Glede na preiskavo Nacionalnega odbora za varnost v prometu je kvadratna litij-ionska baterija s 75 Ah v baterijskem paketu povzročila toplotni beg sosednjih baterij.Po incidentu je Boeing zahteval, da so vsi akumulatorji opremljeni z novimi ukrepi za preprečevanje nenadzorovanega širjenja toplote.
Da bi preprečili širjenje toplotnega uhajanja znotraj litij-ionskih baterij, je AllcellTechnology razvil material za toplotno uhajanje PCC za litij-ionske baterije, ki temelji na materialih s fazno spremembo [5].PCC material, napolnjen med monomerno litij-ionsko baterijo, v primeru normalnega delovanja litij-ionskega paketa baterij, lahko baterijski paket v vročini hitro preide skozi material PCC na zunanjo stran akumulatorja, ko toplotni pobeg v litij-ionskem baterije, material PCC s svojim notranjim taljenjem parafinskega voska absorbira veliko toplote, preprečuje nadaljnji dvig temperature baterije, zato je opozorjen na toploto brez nadzora v notranji difuziji paketa baterij.Pri preskusu z zatičem je toplotni beg ene baterije v baterijskem paketu, sestavljenem iz 4 in 10 nizov baterijskih paketov 18650 brez uporabe materiala PCC, na koncu povzročil toplotni beg 20 baterij v baterijskem paketu, medtem ko je toplotni beg ene baterija v baterijskem paketu iz materiala PCC ni povzročila toplotnega odtekanja drugih baterijskih paketov.
Čas objave: 25. februarja 2022