Paano kontrolin ang thermal runaway ng mga baterya ng lithium ion

1. Flame retardant ng electrolyte

Ang mga electrolyte flame retardant ay isang napaka-epektibong paraan upang mabawasan ang panganib ng thermal runaway ng mga baterya, ngunit ang mga flame retardant na ito ay kadalasang may malubhang epekto sa electrochemical performance ng mga lithium ion na baterya, kaya mahirap gamitin sa pagsasanay. Upang malutas ang problemang ito, ng unibersidad ng California, San Diego, YuQiao team [1] na may paraan ng capsule packaging ay flame retardant DbA (dibenzyl amine) na nakaimbak sa loob ng micro capsule, na nakakalat sa electrolyte, sa Ang mga normal na oras ay hindi makakaapekto sa pagganap ng mga baterya ng lithium ion, ngunit kapag ang mga cell mula sa pagkawasak ng panlabas na puwersa tulad ng pagpilit, Ang mga retardant ng apoy sa mga kapsula na ito ay inilabas, na nilalason ang baterya at nagiging sanhi ng pagkabigo, at sa gayon ay inaalerto ito. sa thermal runaway. Noong 2018, ginamit muli ng koponan ni YuQiao [2] ang teknolohiya sa itaas, gamit ang ethylene glycol at ethylenediamine bilang mga flame retardant, na na-encapsulated at ipinasok sa baterya ng lithium ion, na nagresulta sa pagbaba ng 70% sa maximum na temperatura ng baterya ng lithium ion habang ang pin pin test, makabuluhang binabawasan ang panganib ng thermal control ng lithium ion na baterya.

Ang mga pamamaraan na nabanggit sa itaas ay nakakasira sa sarili, na nangangahulugan na kapag ginamit ang flame retardant, ang buong lithium-ion na baterya ay masisira. Gayunpaman, ang koponan ng AtsuoYamada sa unibersidad ng Tokyo sa Japan [3] ay bumuo ng isang flame retardant electrolyte na hindi makakaapekto sa pagganap ng mga baterya ng lithium-ion. Sa electrolyte na ito, isang mataas na konsentrasyon ng NaN(SO2F)2(NaFSA) oLiN(SO2F)2(LiFSA) ang ginamit bilang lithium salt, at isang karaniwang flame retardant trimethyl phosphate TMP ang idinagdag sa electrolyte, na makabuluhang nagpabuti sa thermal stability. ng baterya ng lithium ion. Higit pa rito, ang pagdaragdag ng flame retardant ay hindi nakaapekto sa cycle performance ng lithium ion na baterya. Maaaring gamitin ang electrolyte para sa higit sa 1000 cycle (1200 C/5 cycle, 95% capacity retention).

Ang mga katangian ng flame retardant ng mga baterya ng lithium ion sa pamamagitan ng mga additives ay isa sa mga paraan upang alertuhan ang mga baterya ng lithium ion na uminit nang wala sa kontrol. Ang ilang mga tao ay nakahanap din ng isang bagong paraan upang subukang alertuhan ang paglitaw ng short circuit sa mga baterya ng lithium ion na dulot ng mga panlabas na puwersa mula sa ugat, upang makamit ang layunin ng pag-alis sa ilalim at ganap na maalis ang paglitaw ng init sa labas ng kontrol. Dahil sa posibleng marahas na epekto ng mga power lithium ion na baterya na ginagamit, ang GabrielM.Veith mula sa Oak Ridge National Laboratory sa United States ay nagdisenyo ng electrolyte na may mga katangian ng shear thickening [4]. Ang electrolyte na ito ay gumagamit ng mga katangian ng mga non-Newtonian fluid. Sa normal na estado, ang electrolyte ay likido. Gayunpaman, kapag nahaharap sa isang biglaang epekto, ito ay magpapakita ng isang solidong estado, magiging lubhang malakas, at kahit na maaaring makamit ang epekto ng bulletproof. Mula sa ugat, inaalerto nito ang panganib ng thermal runaway na dulot ng short circuit sa baterya kapag nabangga ang power lithium ion na baterya.

2. Baterya istraktura

Susunod, tingnan natin kung paano ilagay ang preno sa thermal runaway mula sa antas ng mga cell ng baterya. Sa kasalukuyan, ang problema ng thermal runaway ay isinasaalang-alang sa istrukturang disenyo ng mga baterya ng lithium ion. Halimbawa, kadalasan ay mayroong pressure relief valve sa tuktok na takip ng 18650 na baterya, na napapanahong makapagpapalabas ng sobrang presyon sa loob ng baterya kapag ang thermal runaway. Pangalawa, magkakaroon ng positive temperature coefficient material PTC sa takip ng baterya. Kapag tumaas ang temperatura ng thermal runaway, ang paglaban ng materyal na PTC ay tataas nang malaki upang mabawasan ang kasalukuyang at mabawasan ang pagbuo ng init. Bilang karagdagan, sa disenyo ng istraktura ng nag-iisang baterya ay dapat ding isaalang-alang ang anti-short-circuit na disenyo sa pagitan ng mga positibo at negatibong pole, alerto dahil sa maling operasyon, metal residues at iba pang mga kadahilanan na nagreresulta sa short circuit ng baterya, na nagiging sanhi ng mga aksidente sa kaligtasan.

Kapag ang pangalawang disenyo sa mga baterya, dapat gamitin ang mas secure na ang dayapragm, tulad ng awtomatikong closed pore ng tatlong-layer composite sa mataas na temperatura ang dayapragm, ngunit sa mga nakaraang taon, na may pagpapabuti ng density ng enerhiya ng baterya, manipis na dayapragm sa ilalim ng trend ng ang tatlong-layer na composite diaphragm ay unti-unting naging lipas na, pinalitan ng ceramic coating ng diaphragm, ceramic coating sa mga layunin ng suporta sa diaphragm, bawasan ang contraction ng diaphragm sa mataas na temperatura, Pagbutihin ang thermal stability ng lithium ion na baterya at bawasan ang panganib ng thermal runaway ng lithium ion na baterya.

3. Baterya pack thermal kaligtasan disenyo

Sa paggamit, ang mga baterya ng lithium ion ay kadalasang binubuo ng dose-dosenang, daan-daan o kahit libu-libong mga baterya sa pamamagitan ng serye at parallel na koneksyon. Halimbawa, ang battery pack ng Tesla ModelS ay binubuo ng higit sa 7,000 18650 na baterya. Kung mawalan ng thermal control ang isa sa mga baterya, maaari itong kumalat sa battery pack at magdulot ng malubhang kahihinatnan. Halimbawa, noong Enero 2013, nasunog ang Boeing 787 lithium ion na baterya ng kumpanyang Hapon sa Boston, United States. Ayon sa imbestigasyon ng National Transportation Safety Board, ang isang 75Ah square lithium ion na baterya sa battery pack ay nagdulot ng thermal runaway ng mga katabing baterya. Pagkatapos ng insidente, hiniling ng Boeing na ang lahat ng mga battery pack ay nilagyan ng mga bagong hakbang upang maiwasan ang hindi makontrol na thermal spread.

Upang maiwasan ang pagkalat ng thermal runaway sa loob ng mga baterya ng lithium ion, binuo ng AllcellTechnology ang isang thermal runaway isolation material na PCC para sa mga baterya ng lithium ion batay sa mga materyales sa pagbabago ng phase [5]. Ang materyal ng PCC na puno sa pagitan ng monomer lithium ion na baterya, sa kaso ng normal na gawain ng lithium ion na baterya pack, ang baterya pack sa init ay maaaring maipasa nang mabilis sa PCC materyal sa labas ng baterya pack, kapag ang thermal runaway sa lithium ion baterya, ang PCC materyal sa pamamagitan ng kanyang panloob na paraffin wax natutunaw sumisipsip ng maraming init, maiwasan ang pagtaas ng temperatura ng baterya, Kaya alerto sa init sa labas ng kontrol sa panloob na pagsasabog ng baterya pack. Sa pinprick test, ang thermal runaway ng isang baterya sa isang battery pack na binubuo ng 4 at 10 string ng 18650 battery pack nang hindi gumagamit ng PCC material ay naging sanhi ng thermal runaway ng 20 baterya sa battery pack, habang ang thermal runaway ng isa ang baterya sa battery pack na gawa sa PCC material ay hindi naging sanhi ng thermal runaway ng iba pang battery pack.