1. Usporivač plamena elektrolita
Elektrolitski usporivači plamena vrlo su učinkovit način za smanjenje rizika od toplinskog bijega baterija, ali ti usporivači plamena često imaju ozbiljan utjecaj na elektrokemijske performanse litij-ionskih baterija, pa ih je teško koristiti u praksi.Kako bi riješili ovaj problem, YuQiao tim sa Sveučilišta Kalifornija u San Diegu [1] metodom pakiranja kapsule će DbA (dibenzil amin) koji usporava plamen, pohranjen u unutrašnjosti mikrokapsule, raspršen u elektrolitu, u normalna vremena neće utjecati na performanse litij-ionskih baterija, ali kada ćelije budu uništene vanjskom silom kao što je ekstruzija, usporivači plamena u ovim kapsulama se oslobađaju, truju bateriju i uzrokuju njezin kvar, upozoravajući je na taj način na toplinski bijeg.Godine 2018., YuQiaov tim [2] ponovno je upotrijebio gornju tehnologiju, koristeći etilen glikol i etilendiamin kao usporivače plamena, koji su bili kapsulirani i umetnuti u litij-ionsku bateriju, što je rezultiralo padom maksimalne temperature litij-ionske baterije od 70% tijekom pin pin test, značajno smanjujući rizik od termičke kontrole litij-ionske baterije.
Gore spomenute metode su samouništavajuće, što znači da će nakon upotrebe usporivača plamena cijela litij-ionska baterija biti uništena.Međutim, AtsuoYamadin tim sa sveučilišta u Tokiju u Japanu [3] razvio je elektrolit otporan na plamen koji neće utjecati na performanse litij-ionskih baterija.U ovom elektrolitu korištena je visoka koncentracija NaN(SO2F)2(NaFSA) ili LiN(SO2F)2(LiFSA) kao litijeva sol, a elektrolitu je dodan uobičajeni trimetil fosfat TMP koji usporava plamen, što je značajno poboljšalo toplinsku stabilnost litij-ionske baterije.Štoviše, dodatak usporivača plamena nije utjecao na performanse ciklusa litij-ionske baterije.Elektrolit se može koristiti više od 1000 ciklusa (1200 C/5 ciklusa, 95% zadržavanje kapaciteta).
Svojstva usporavanja plamena litij-ionskih baterija putem aditiva jedan su od načina da se litij-ionske baterije uzbune da se zagrijavaju izvan kontrole.Neki ljudi također pronalaze novi način da pokušaju upozoriti na pojavu kratkog spoja u litij-ionskim baterijama uzrokovanog vanjskim silama iz korijena, tako da se postigne svrha uklanjanja dna i potpuno eliminira pojava topline izvan kontrole.S obzirom na mogući nasilni utjecaj snage litij-ionskih baterija koje se koriste, GabrielM.Veith iz Nacionalnog laboratorija Oak Ridge u Sjedinjenim Državama dizajnirao je elektrolit sa svojstvima zgušnjavanja smicanjem [4].Ovaj elektrolit koristi svojstva ne-Newtonovih tekućina.U normalnom stanju elektrolit je tekući.Međutim, kada se suoči s iznenadnim udarcem, on će se pokazati u čvrstom stanju, postati izuzetno jak, pa čak može postići učinak otpornosti na metke.Iz korijena, upozorava na opasnost od toplinskog bijega uzrokovanog kratkim spojem u bateriji kada se litij-ionska baterija sudari.
2. Struktura baterije
Zatim, pogledajmo kako zakočiti toplinski bijeg s razine baterijskih ćelija.Trenutačno se problem toplinskog odlaska razmatra u konstrukcijskom dizajnu litij-ionskih baterija.Na primjer, obično postoji ventil za smanjenje tlaka u gornjem poklopcu 18650 baterije, koji može pravodobno otpustiti prekomjerni tlak unutar baterije kada se toplinski odmakne.Drugo, postojat će pozitivni temperaturni koeficijent materijala PTC u poklopcu baterije.Kada toplinska izlazna temperatura poraste, otpor PTC materijala će se značajno povećati kako bi se smanjila struja i smanjilo stvaranje topline.Osim toga, u dizajnu strukture jedne baterije također treba uzeti u obzir dizajn protiv kratkog spoja između pozitivnog i negativnog pola, upozorenje zbog pogrešnog rada, metalnih ostataka i drugih čimbenika koji rezultiraju kratkim spojem baterije, uzrokujući sigurnosne nesreće.
Kada se drugi dizajn u baterijama mora koristiti sigurnija dijafragma, kao što je automatsko zatvorene pore troslojnog kompozita na visokoj temperaturi dijafragme, ali posljednjih godina, s poboljšanjem gustoće energije baterije, tanka dijafragma pod trendom troslojna kompozitna dijafragma postupno je zastarjela, zamijenjena keramičkim premazom dijafragme, keramičkim premazom za potporu dijafragme, smanjuje kontrakciju dijafragme pri visokim temperaturama, poboljšava toplinsku stabilnost litij-ionske baterije i smanjuje rizik od toplinski bijeg litij-ionske baterije.
3. Termički sigurnosni dizajn paketa baterija
U upotrebi, litij-ionske baterije često se sastoje od desetaka, stotina ili čak tisuća baterija kroz serijsku i paralelnu vezu.Na primjer, baterija Tesla ModelS sastoji se od više od 7000 18650 baterija.Ako jedna od baterija izgubi temperaturnu kontrolu, može se proširiti u baterijskom paketu i uzrokovati ozbiljne posljedice.Na primjer, u siječnju 2013., litij-ionska baterija japanske tvrtke Boeing 787 zapalila se u Bostonu, Sjedinjene Države.Prema istrazi Nacionalnog odbora za sigurnost u prometu, kvadratna litij-ionska baterija od 75 Ah u baterijskom paketu uzrokovala je toplinski bijeg susjednih baterija.Nakon incidenta, Boeing je zahtijevao da svi paketi baterija budu opremljeni novim mjerama za sprječavanje nekontroliranog širenja topline.
Kako bi se spriječilo širenje toplinskog bijega unutar litij-ionskih baterija, AllcellTechnology je razvio materijal za toplinsku izolaciju PCC za litij-ionske baterije na temelju materijala s promjenom faze [5].PCC materijal ispunjen između monomerne litij-ionske baterije, u slučaju normalnog rada litij-ionske baterije, baterija u vrućini može se brzo provući kroz PCC materijal prema van baterije, kada toplinski bijeg u litij-ionu baterije, PCC materijal svojim unutarnjim topljenjem parafinskog voska apsorbira puno topline, sprječava daljnji porast temperature baterije, stoga upozorava na toplinu van kontrole unutarnje difuzije paketa baterija.U testu uboda iglom, toplinski bijeg jedne baterije u baterijskom paketu koji se sastoji od 4 i 10 nizova od 18650 baterijskih paketa bez upotrebe PCC materijala na kraju je uzrokovao toplinski bijeg 20 baterija u baterijskom paketu, dok je toplinski bijeg jedne baterija u baterijskom paketu izrađenom od PCC materijala nije uzrokovala toplinski bijeg drugih baterijskih paketa.
Vrijeme objave: 25. veljače 2022