1. Антипірен електроліту
Електролітні антипірени є дуже ефективним засобом зниження ризику перегріву батарей, але ці антипірени часто серйозно впливають на електрохімічні характеристики літій-іонних батарей, тому їх важко використовувати на практиці. Щоб вирішити цю проблему, команда YuQiao з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго [1] за допомогою методу упаковки капсули буде використовувати вогнезахисний DbA (дибензиламін), що зберігається всередині мікрокапсули, розкиданий в електроліті, в звичайний час не вплине на продуктивність літій-іонних батарей, але коли клітини руйнуються зовнішньою силою, такою як екструзія, антипірени в цих капсулах вивільняються, отруюючи батарею та викликаючи її несправність, тим самим попереджаючи її до теплової втечі. У 2018 році команда YuQiao [2] знову застосувала вищевказану технологію, використовуючи етиленгліколь і етилендіамін як антипірени, які були інкапсульовані та вставлені в літій-іонний акумулятор, що призвело до падіння максимальної температури літій-іонного акумулятора на 70% під час pin pin test, що значно знижує ризик термічного контролю літій-іонної батареї.
Зазначені вище методи є самознищувальними, що означає, що після використання антипірену вся літій-іонна батарея буде зруйнована. Однак команда АцуоЯмади з Токійського університету в Японії [3] розробила вогнезахисний електроліт, який не впливає на продуктивність літій-іонних батарей. У цьому електроліті використовували високу концентрацію NaN(SO2F)2(NaFSA) або LiN(SO2F)2(LiFSA) як літієву сіль, і до електроліту додавали звичайний вогнезахисний триметилфосфат ТМФ, що значно покращило термічну стабільність літій-іонного акумулятора. Більше того, додавання антипірену не вплинуло на продуктивність літій-іонного акумулятора. Електроліт можна використовувати більше ніж 1000 циклів (1200 C/5 циклів, 95% збереження ємності).
Вогнезахисні характеристики літій-іонних батарей завдяки добавкам є одним із способів сповістити літій-іонні батареї про неконтрольоване нагрівання. Деякі люди також знаходять новий спосіб спробувати попередити про виникнення короткого замикання в літій-іонних батареях, спричинене зовнішніми силами від кореня, щоб досягти мети видалення дна та повністю усунути появу неконтрольованого нагрівання. З огляду на можливий потужний вплив літій-іонних батарей, що використовуються, GabrielM.Veith з Національної лабораторії Ок-Рідж у Сполучених Штатах розробив електроліт із властивостями згущення при зсуві [4]. Цей електроліт використовує властивості неньютонівських рідин. У нормальному стані електроліт рідкий. Однак, зіткнувшись з раптовим ударом, він стане твердим, стане надзвичайно міцним і навіть зможе досягти ефекту куленепробивного. Від кореня він попереджає про ризик перегріву, спричиненого коротким замиканням батареї, коли силовий літій-іонний акумулятор руйнується.
2. Будова батареї
Далі розглянемо, як загальмувати теплові розбіги з рівня елементів акумулятора. В даний час проблема теплового розбігу розглядається при структурному проектуванні літій-іонних батарей. Наприклад, зазвичай у верхній кришці батареї 18650 є клапан скидання тиску, який може своєчасно скинути надмірний тиск усередині батареї під час теплового розбігу. По-друге, у кришці батареї буде позитивний температурний коефіцієнт PTC. Коли температура теплового розбігу підвищується, опір матеріалу PTC значно зросте, щоб зменшити струм і зменшити виділення тепла. Крім того, при проектуванні конструкції окремої батареї також слід враховувати конструкцію проти короткого замикання між позитивним і негативним полюсами, попередження через неправильну роботу, залишки металу та інші фактори, що призводять до короткого замикання батареї, що спричиняє нещасні випадки.
Коли другий дизайн в батареях, необхідно використовувати більш безпечну діафрагму, таку як автоматичні закриті пори тришарового композиту при високій температурі діафрагми, але в останні роки, з покращенням щільності енергії батареї, тонка діафрагма під тенденцією тришарова композитна діафрагма поступово застаріла, замінена керамічним покриттям діафрагми, керамічне покриття для підтримки діафрагми, зменшення скорочення діафрагми при високих температурах, покращення термічної стабільності літій-іонного акумулятора та зменшення ризику теплова віддача літій-іонної батареї.
3. Теплозахисний дизайн акумуляторної батареї
Під час використання літій-іонні батареї часто складаються з десятків, сотень або навіть тисяч батарей через послідовне та паралельне з’єднання. Наприклад, акумуляторна батарея Tesla ModelS складається з понад 7000 батарей 18650. Якщо одна з батарей втратить термоконтроль, вона може поширитися в акумуляторній батареї та спричинити серйозні наслідки. Наприклад, у січні 2013 року в Бостоні, Сполучені Штати, загорівся літій-іонний акумулятор японської компанії Boeing 787. Згідно з розслідуванням Національної ради з безпеки на транспорті, квадратна літій-іонна батарея ємністю 75 Ач в акумуляторній батареї спричинила перегрівання сусідніх батарей. Після інциденту компанія Boeing вимагала, щоб усі акумуляторні блоки були оснащені новими засобами для запобігання неконтрольованого поширення тепла.
Щоб запобігти розповсюдженню теплового розбігу всередині літій-іонних акумуляторів, компанія AllcellTechnology розробила теплоізоляційний матеріал PCC для літій-іонних акумуляторів на основі матеріалів зі зміною фаз [5]. Матеріал PCC, заповнений між мономерною літій-іонною батареєю, у разі нормальної роботи літій-іонної батареї, акумуляторна батарея в теплі може швидко проходити через матеріал PCC назовні акумуляторної батареї, коли теплова втеча літій-іонного блоку батареї, матеріал PCC завдяки своєму внутрішньому плавленню парафіну поглинає багато тепла, запобігаючи подальшому підвищенню температури батареї, таким чином попереджаючи про неконтрольоване нагрівання внутрішньої дифузії акумуляторної батареї. Під час випробування шпилькою тепловий розбіг однієї батареї в акумуляторній батареї, що складається з 4 і 10 рядків 18650 батарейних блоків без використання матеріалу PCC, зрештою спричинив перегрівання 20 батарей в акумуляторному блоку, тоді як тепловий розбіг однієї батарея в акумуляторній батареї, виготовленій з матеріалу PCC, не спричиняла перегрівання інших батарейних блоків.
Час публікації: 25 лютого 2022 р