1. Επιβραδυντικό φλόγας ηλεκτρολύτη
Τα επιβραδυντικά φλόγας ηλεκτρολυτών είναι ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος για τη μείωση του κινδύνου θερμικής διαφυγής των μπαταριών, αλλά αυτά τα επιβραδυντικά φλόγας συχνά έχουν σοβαρό αντίκτυπο στην ηλεκτροχημική απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου, επομένως είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν στην πράξη. Προκειμένου να λυθεί αυτό το πρόβλημα, του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, η ομάδα YuQiao [1] με τη μέθοδο της συσκευασίας της κάψουλας θα επιβραδυντικό φλόγας DbA (διβενζυλ αμίνη) που είναι αποθηκευμένο στο εσωτερικό της μικροκάψουλας, διάσπαρτο στον ηλεκτρολύτη, σε Οι κανονικοί χρόνοι δεν θα επηρεάσουν την απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου εμφανίστηκαν, αλλά όταν τα κύτταρα από την καταστροφή τους από εξωτερική δύναμη όπως η εξώθηση, τα επιβραδυντικά φλόγας σε αυτές τις κάψουλες απελευθερώνονται στη συνέχεια, δηλητηριάζοντας την μπαταρία και προκαλώντας την αστοχία της, ειδοποιώντας την σε θερμική φυγή. Το 2018, η ομάδα του YuQiao [2] χρησιμοποίησε ξανά την παραπάνω τεχνολογία, χρησιμοποιώντας αιθυλενογλυκόλη και αιθυλενοδιαμίνη ως επιβραδυντικά φλόγας, τα οποία ενθυλακώθηκαν και εισήχθησαν στην μπαταρία ιόντων λιθίου, με αποτέλεσμα τη μείωση της μέγιστης θερμοκρασίας της μπαταρίας ιόντων λιθίου κατά 70% η δοκιμή καρφίτσας, μειώνοντας σημαντικά τον κίνδυνο θερμικού ελέγχου της μπαταρίας ιόντων λιθίου.
Οι μέθοδοι που αναφέρονται παραπάνω είναι αυτοκαταστροφικές, πράγμα που σημαίνει ότι μόλις χρησιμοποιηθεί το επιβραδυντικό φλόγας, ολόκληρη η μπαταρία ιόντων λιθίου θα καταστραφεί. Ωστόσο, η ομάδα του AtsuoYamada στο πανεπιστήμιο του Τόκιο στην Ιαπωνία [3] ανέπτυξε έναν ηλεκτρολύτη επιβραδυντικό φλόγας που δεν θα επηρεάσει την απόδοση των μπαταριών ιόντων λιθίου. Σε αυτόν τον ηλεκτρολύτη, μια υψηλή συγκέντρωση NaN(SO2F)2(NaFSA) ή LiN(SO2F)2(LiFSA) χρησιμοποιήθηκε ως άλας λιθίου και προστέθηκε στον ηλεκτρολύτη ένα κοινό επιβραδυντικό φλόγας τριμεθυλοφωσφορικό TMP, το οποίο βελτίωσε σημαντικά τη θερμική σταθερότητα μπαταρίας ιόντων λιθίου. Επιπλέον, η προσθήκη επιβραδυντικού φλόγας δεν επηρέασε την απόδοση του κύκλου της μπαταρίας ιόντων λιθίου. Ο ηλεκτρολύτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περισσότερους από 1000 κύκλους (1200 C/5 κύκλοι, 95% διατήρηση χωρητικότητας).
Τα χαρακτηριστικά επιβραδυντικής φλόγας των μπαταριών ιόντων λιθίου μέσω προσθέτων είναι ένας από τους τρόπους για να ειδοποιήσετε τις μπαταρίες ιόντων λιθίου να θερμανθούν εκτός ελέγχου. Μερικοί άνθρωποι βρίσκουν επίσης έναν νέο τρόπο να προσπαθήσουν να ειδοποιήσουν την εμφάνιση βραχυκυκλώματος στις μπαταρίες ιόντων λιθίου που προκαλούνται από εξωτερικές δυνάμεις από τη ρίζα, έτσι ώστε να επιτευχθεί ο σκοπός της αφαίρεσης του πυθμένα και να εξαλειφθεί εντελώς η εμφάνιση θερμότητας εκτός ελέγχου. Εν όψει της πιθανής βίαιης επίδρασης των ηλεκτρικών μπαταριών ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται, ο GabrielM.Veith από το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στις Ηνωμένες Πολιτείες σχεδίασε έναν ηλεκτρολύτη με ιδιότητες πάχυνσης διάτμησης [4]. Αυτός ο ηλεκτρολύτης χρησιμοποιεί τις ιδιότητες των μη νευτώνειων ρευστών. Σε κανονική κατάσταση, ο ηλεκτρολύτης είναι υγρός. Ωστόσο, όταν έρθει αντιμέτωπος με μια ξαφνική πρόσκρουση, θα παρουσιάσει μια σταθερή κατάσταση, θα γίνει εξαιρετικά ισχυρή και ακόμη και θα επιτύχει το αποτέλεσμα του αλεξίσφαιρου. Από τη ρίζα, ειδοποιεί τον κίνδυνο θερμικής διαφυγής που προκαλείται από βραχυκύκλωμα στην μπαταρία όταν η μπαταρία ιόντων λιθίου ισχύος συγκρούεται.
2. Δομή μπαταρίας
Στη συνέχεια, ας δούμε πώς να βάλετε τα φρένα στη θερμική διαφυγή από το επίπεδο των στοιχείων της μπαταρίας. Προς το παρόν, το πρόβλημα της θερμικής διαφυγής έχει ληφθεί υπόψη στον δομικό σχεδιασμό των μπαταριών ιόντων λιθίου. Για παράδειγμα, υπάρχει συνήθως μια βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης στο επάνω κάλυμμα της μπαταρίας 18650, η οποία μπορεί να απελευθερώσει έγκαιρα την υπερβολική πίεση στο εσωτερικό της μπαταρίας όταν η θερμική διαρροή. Δεύτερον, θα υπάρχει θετικός συντελεστής θερμοκρασίας υλικό PTC στο κάλυμμα της μπαταρίας. Όταν η θερμική θερμοκρασία διαρροής αυξάνεται, η αντίσταση του υλικού PTC θα αυξηθεί σημαντικά για να μειωθεί το ρεύμα και να μειωθεί η παραγωγή θερμότητας. Επιπλέον, στο σχεδιασμό της δομής της μονής μπαταρίας θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η σχεδίαση αντιβραχυκυκλώματος μεταξύ των θετικών και αρνητικών πόλων, σε εγρήγορση λόγω κακής λειτουργίας, υπολειμμάτων μετάλλων και άλλων παραγόντων που οδηγούν σε βραχυκύκλωμα μπαταρίας, προκαλώντας ατυχήματα ασφαλείας.
Όταν ο δεύτερος σχεδιασμός στις μπαταρίες, πρέπει να χρησιμοποιεί το πιο ασφαλές διάφραγμα, όπως αυτόματο κλειστό πόρο σύνθετου τριών στρωμάτων σε υψηλή θερμοκρασία το διάφραγμα, αλλά τα τελευταία χρόνια, με τη βελτίωση της ενεργειακής πυκνότητας της μπαταρίας, λεπτό διάφραγμα υπό την τάση το σύνθετο διάφραγμα τριών στρωμάτων έχει σταδιακά απαρχαιωθεί, αντικαταστάθηκε από την κεραμική επίστρωση του διαφράγματος, κεραμική επίστρωση για σκοπούς στήριξης του διαφράγματος, μείωση της συστολής του διαφράγματος σε υψηλές θερμοκρασίες, Βελτίωση της θερμικής σταθερότητας της μπαταρίας ιόντων λιθίου και μείωση του κινδύνου θερμική διαφυγή μπαταρίας ιόντων λιθίου.
3. Σχέδιο θερμικής ασφάλειας πακέτου μπαταριών
Κατά τη χρήση, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούνται συχνά από δεκάδες, εκατοντάδες ή και χιλιάδες μπαταρίες μέσω σειρών και παράλληλων συνδέσεων. Για παράδειγμα, το πακέτο μπαταριών του Tesla ModelS αποτελείται από περισσότερες από 7.000 μπαταρίες 18650. Εάν μία από τις μπαταρίες χάσει τον θερμικό έλεγχο, μπορεί να εξαπλωθεί στο πακέτο μπαταριών και να προκαλέσει σοβαρές συνέπειες. Για παράδειγμα, τον Ιανουάριο του 2013, η μπαταρία ιόντων λιθίου Boeing 787 μιας ιαπωνικής εταιρείας έπιασε φωτιά στη Βοστώνη των Ηνωμένων Πολιτειών. Σύμφωνα με την έρευνα του Εθνικού Συμβουλίου Ασφάλειας Μεταφορών, μια τετραγωνική μπαταρία ιόντων λιθίου 75 Ah στο πακέτο μπαταριών προκάλεσε θερμική διαφυγή παρακείμενων μπαταριών. Μετά το περιστατικό, η Boeing απαίτησε όλα τα πακέτα μπαταριών να είναι εξοπλισμένα με νέα μέτρα για την πρόληψη της ανεξέλεγκτης θερμικής εξάπλωσης.
Προκειμένου να αποφευχθεί η εξάπλωση της θερμικής διαφυγής μέσα στις μπαταρίες ιόντων λιθίου, η AllcellTechnology ανέπτυξε ένα θερμικό απομονωτικό υλικό PCC για μπαταρίες ιόντων λιθίου που βασίζεται σε υλικά αλλαγής φάσης [5]. Υλικό PCC γεμάτο μεταξύ μπαταρίας μονομερούς ιόντων λιθίου, στην περίπτωση της κανονικής εργασίας της μπαταρίας ιόντων λιθίου, η μπαταρία στη θερμότητα μπορεί να περάσει μέσα από το υλικό PCC γρήγορα στο εξωτερικό της μπαταρίας, όταν η θερμική διαρροή σε ιόντα λιθίου Οι μπαταρίες, το υλικό PCC με την εσωτερική του τήξη κεριού παραφίνης απορροφά πολλή θερμότητα, εμποδίζει την περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας της μπαταρίας, έτσι ειδοποιεί για θερμότητα εκτός ελέγχου στην εσωτερική διάχυση της μπαταρίας. Στη δοκιμή pinprick, η θερμική διαφυγή μιας μπαταρίας σε μια μπαταρία που αποτελείται από 4 και 10 σειρές των 18650 μπαταριών χωρίς τη χρήση υλικού PCC προκάλεσε τελικά τη θερμική διαφυγή 20 μπαταριών στο πακέτο μπαταριών, ενώ η θερμική διαφυγή μιας Η μπαταρία στο πακέτο μπαταριών από υλικό PCC δεν προκάλεσε τη θερμική διαρροή άλλων μπαταριών.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-25-2022