1. Usporivač plamena elektrolita
Elektrolitski usporivači plamena su veoma efikasan način da se smanji rizik od toplotnog odlaska baterija, ali ovi usporivači plamena često imaju ozbiljan uticaj na elektrohemijske performanse litijum-jonskih baterija, pa ih je teško koristiti u praksi. Kako bi riješio ovaj problem, sa Univerziteta u Kaliforniji, San Diego, YuQiao tim [1] metodom pakovanja kapsula će usporivač plamena DbA (dibenzil amin) pohranjen u unutrašnjosti mikro kapsule, rasuti u elektrolitu, u normalna vremena neće utjecati na performanse litijum-jonskih baterija, ali kada se ćelije unište vanjskom silom kao što je ekstruzija, tada se oslobađaju usporivači plamena u ovim kapsulama, truju bateriju i uzrokuju njeno kvarenje, čime se upozoravaju do termičkog bijega. Godine 2018. YuQiaov tim [2] je ponovo koristio gornju tehnologiju, koristeći etilen glikol i etilendiamin kao usporivače plamena, koji su inkapsulirani i umetnuti u litijum-jonsku bateriju, što je rezultiralo padom od 70% maksimalne temperature litijum-jonske baterije tokom pin pin test, značajno smanjuje rizik od termičke kontrole litijum-jonske baterije.
Gore navedene metode su samouništavajuće, što znači da će se, kada se koristi usporivač plamena, cijela litijum-jonska baterija uništiti. Međutim, AtsuoYamadin tim sa univerziteta u Tokiju u Japanu [3] razvio je elektrolit koji usporava plamen koji neće uticati na performanse litijum-jonskih baterija. U ovom elektrolitu je korišćena visoka koncentracija NaN(SO2F)2(NaFSA)iliLiN(SO2F)2(LiFSA) kao litijeva so, a u elektrolit je dodan uobičajeni trimetil fosfat TMP koji usporava plamen, što je značajno poboljšalo termičku stabilnost litijum jonske baterije. Štaviše, dodatak usporivača plamena nije uticao na performanse ciklusa litijum-jonske baterije. Elektrolit se može koristiti za više od 1000 ciklusa (1200 C/5 ciklusa, 95% zadržavanje kapaciteta).
Zapaljive karakteristike litijum-jonskih baterija putem aditiva su jedan od načina da se litijum-jonske baterije upozore da se zagrijavaju izvan kontrole. Neki ljudi pronalaze i novi način da pokušaju da upozore na pojavu kratkog spoja u litijum-jonskim baterijama uzrokovanih vanjskim silama iz korijena, kako bi postigli svrhu uklanjanja dna i potpuno eliminirali pojavu topline izvan kontrole. S obzirom na mogući nasilni utjecaj litijum-jonskih baterija koje se koriste, GabrielM.Veith iz Nacionalne laboratorije Oak Ridge u Sjedinjenim Državama dizajnirao je elektrolit sa svojstvima zgušnjavanja pri smicanju [4]. Ovaj elektrolit koristi svojstva nenjutnovskih tečnosti. U normalnom stanju, elektrolit je tečan. Međutim, kada je suočen s iznenadnim udarom, predstavljat će čvrsto stanje, postati izuzetno jak, pa čak i može postići efekat otpornosti na metke. Iz korijena upozorava na rizik od termičkog bijega uzrokovanog kratkim spojem u bateriji kada se litijum-jonska baterija sudara.
2. Struktura baterije
Dalje, pogledajmo kako staviti kočnice na termički bijeg od nivoa ćelija baterije. Trenutno se problem termičkog odlaska razmatra u konstrukcijskom dizajnu litijum-jonskih baterija. Na primjer, obično postoji ventil za smanjenje tlaka u gornjem poklopcu 18650 baterije, koji može pravovremeno osloboditi prekomjerni tlak unutar baterije kada toplinski bježi. Drugo, postojat će materijal s pozitivnim temperaturnim koeficijentom PTC u poklopcu baterije. Kada temperatura toplotnog beženja poraste, otpor PTC materijala će se značajno povećati kako bi se smanjila struja i smanjilo stvaranje toplote. Osim toga, u dizajnu strukture jedne baterije treba uzeti u obzir i dizajn protiv kratkog spoja između pozitivnih i negativnih polova, upozorenje zbog pogrešnog rada, ostataka metala i drugih faktora koji rezultiraju kratkim spojem baterije, uzrokujući sigurnosne nesreće.
Prilikom drugog dizajna u baterijama, mora se koristiti sigurnija dijafragma, kao što je automatska zatvorena pora troslojnog kompozita na visokoj temperaturi dijafragme, ali posljednjih godina, s poboljšanjem gustoće energije baterije, tanka dijafragma je pod trendom troslojna kompozitna dijafragma postupno je zastarjela, zamijenjena keramičkim premazom dijafragme, keramičkim premazom u svrhu potpore dijafragme, smanjuje kontrakciju dijafragme pri visokim temperaturama, poboljšava termičku stabilnost litij-ionske baterije i smanjuje rizik od termalni bijeg litijum-jonske baterije.
3. Termički sigurnosni dizajn baterije
U upotrebi, litijum-jonske baterije se često sastoje od desetina, stotina ili čak hiljada baterija putem serijske i paralelne veze. Na primjer, baterija Tesla ModelS sastoji se od više od 7.000 18650 baterija. Ako jedna od baterija izgubi termičku kontrolu, može se proširiti po bateriji i uzrokovati ozbiljne posljedice. Na primjer, u januaru 2013. godine, Boeing 787 litijum-jonska baterija japanske kompanije zapalila se u Bostonu u Sjedinjenim Državama. Prema istrazi Nacionalnog odbora za sigurnost transporta, kvadratna litijum-jonska baterija od 75 Ah u baterijskom paketu izazvala je termički bijeg susjednih baterija. Nakon incidenta, Boeing je zahtijevao da svi paketi baterija budu opremljeni novim mjerama za sprječavanje nekontrolisanog širenja topline.
Kako bi spriječio širenje toplotnog bijega unutar litijum-jonskih baterija, AllcellTechnology je razvio materijal za termičku izolaciju PCC za litijum-jonske baterije na bazi materijala za promenu faze [5]. PCC materijal napunjen između monomerne litij-ionske baterije, u slučaju normalnog rada litij-ionskog paketa baterija, baterijski paket u toplini može se brzo proći kroz PCC materijal na vanjsku stranu baterije, kada toplinski bijeg u litijum-jonski baterije, PCC materijal svojim unutrašnjim topljenjem parafinskog voska apsorbira mnogo topline, sprječava daljnji porast temperature baterije, tako da je upozoren na toplinu izvan kontrole u unutarnjoj difuziji baterije. U pinprick testu, termički bijeg jedne baterije u baterijskom paketu koji se sastoji od 4 i 10 nizova paketa baterija od 18650 bez upotrebe PCC materijala na kraju je uzrokovao termički bijeg 20 baterija u baterijskom paketu, dok je termički bijeg jedne baterije baterija u baterijskom paketu napravljenom od PCC materijala nije izazvala termički bijeg drugih baterija.
Vrijeme objave: Feb-25-2022