1. Ritardante di fiamma dell'elettrolita
I ritardanti di fiamma elettrolitici sono un modo molto efficace per ridurre il rischio di fuga termica delle batterie, ma questi ritardanti di fiamma spesso hanno un grave impatto sulle prestazioni elettrochimiche delle batterie agli ioni di litio, quindi sono difficili da utilizzare nella pratica. Per risolvere questo problema, il team YuQiao [1] dell'Università della California, San Diego, con il metodo di confezionamento delle capsule, conserverà il ritardante di fiamma DbA (dibenzil ammina) all'interno della microcapsula, sparso nell'elettrolita, in i tempi normali non influiscono sulle prestazioni delle batterie agli ioni di litio, ma quando le celle vengono distrutte da forze esterne come l'estrusione, i ritardanti di fiamma contenuti in queste capsule vengono rilasciati, avvelenando la batteria e provocandone il guasto, allertandola alla fuga termica. Nel 2018, il team di YuQiao [2] ha utilizzato nuovamente la tecnologia di cui sopra, utilizzando glicole etilenico ed etilendiammina come ritardanti di fiamma, che sono stati incapsulati e inseriti nella batteria agli ioni di litio, determinando un calo del 70% della temperatura massima della batteria agli ioni di litio durante il pin pin test, riducendo significativamente il rischio di controllo termico della batteria agli ioni di litio.
I metodi sopra menzionati sono autodistruttivi, il che significa che una volta utilizzato il ritardante di fiamma, l'intera batteria agli ioni di litio verrà distrutta. Tuttavia, il team di AtsuoYamada presso l'Università di Tokyo in Giappone [3] ha sviluppato un elettrolita ritardante di fiamma che non influisce sulle prestazioni delle batterie agli ioni di litio. In questo elettrolita, è stata utilizzata un'alta concentrazione di NaN(SO2F)2(NaFSA) o LiN(SO2F)2(LiFSA) come sale di litio e all'elettrolita è stato aggiunto un comune ritardante di fiamma trimetilfosfato TMP, che ha migliorato significativamente la stabilità termica della batteria agli ioni di litio. Inoltre, l'aggiunta di ritardante di fiamma non ha influito sulle prestazioni del ciclo della batteria agli ioni di litio. L'elettrolita può essere utilizzato per più di 1.000 cicli (1.200 C/5 cicli, ritenzione della capacità del 95%).
Le caratteristiche ignifughe delle batterie agli ioni di litio attraverso gli additivi sono uno dei modi per avvisare le batterie agli ioni di litio di un surriscaldamento fuori controllo. Alcune persone trovano anche un nuovo modo per cercare di avvisare il verificarsi di cortocircuiti nelle batterie agli ioni di litio causati da forze esterne dalla radice, in modo da raggiungere lo scopo di rimuovere il fondo ed eliminare completamente il verificarsi di calore fuori controllo. In considerazione del possibile impatto violento delle batterie agli ioni di litio in uso, GabrielM.Veith dell'Oak Ridge National Laboratory negli Stati Uniti ha progettato un elettrolita con proprietà di ispessimento al taglio [4]. Questo elettrolita sfrutta le proprietà dei fluidi non newtoniani. Nello stato normale, l'elettrolita è liquido. Tuttavia, di fronte a un impatto improvviso, presenterà uno stato solido, diventerà estremamente forte e potrà persino ottenere l'effetto di antiproiettile. Avverte fin dalla radice il rischio di fuga termica causata da un cortocircuito nella batteria quando la batteria agli ioni di litio entra in collisione.
2. Struttura della batteria
Successivamente, esaminiamo come frenare la fuga termica dal livello delle celle della batteria. Attualmente, il problema della fuga termica è stato preso in considerazione nella progettazione strutturale delle batterie agli ioni di litio. Ad esempio, di solito è presente una valvola limitatrice di pressione nel coperchio superiore della batteria 18650, che può rilasciare tempestivamente la pressione eccessiva all'interno della batteria in caso di fuga termica. In secondo luogo, nel coperchio della batteria sarà presente un materiale PTC con coefficiente di temperatura positivo. Quando la temperatura di fuga termica aumenta, la resistenza del materiale PTC aumenterà in modo significativo per ridurre la corrente e ridurre la generazione di calore. Inoltre, nella progettazione della struttura della singola batteria si dovrebbe considerare anche il design anti-cortocircuito tra i poli positivo e negativo, allerta a causa di malfunzionamenti, residui metallici e altri fattori che portano al cortocircuito della batteria, causando incidenti di sicurezza.
Quando si progettano seconde batterie, è necessario utilizzare un diaframma più sicuro, come il diaframma automatico a poro chiuso del composito a tre strati ad alta temperatura, ma negli ultimi anni, con il miglioramento della densità energetica della batteria, il diaframma sottile segue la tendenza di il diaframma composito a tre strati è gradualmente diventato obsoleto, sostituito dal rivestimento ceramico del diaframma, rivestimento ceramico per scopi di supporto del diaframma, riduce la contrazione del diaframma alle alte temperature, migliora la stabilità termica della batteria agli ioni di litio e riduce il rischio di fuga termica della batteria agli ioni di litio.
3. Progettazione della sicurezza termica del pacco batteria
In uso, le batterie agli ioni di litio sono spesso composte da dozzine, centinaia o addirittura migliaia di batterie tramite collegamento in serie e parallelo. Ad esempio, la batteria della Tesla ModelS è composta da oltre 7.000 batterie 18650. Se una delle batterie perde il controllo termico, potrebbe diffondersi all'interno del pacco batteria e causare gravi conseguenze. Ad esempio, nel gennaio 2013, la batteria agli ioni di litio del Boeing 787 di un'azienda giapponese ha preso fuoco a Boston, negli Stati Uniti. Secondo l'indagine del National Transportation Safety Board, una batteria agli ioni di litio quadrata da 75 Ah nel pacco batterie ha causato un'instabilità termica delle batterie adiacenti. Dopo l’incidente, Boeing ha richiesto che tutti i pacchi batteria fossero dotati di nuove misure per prevenire la diffusione termica incontrollata.
Al fine di impedire la diffusione della fuga termica all'interno delle batterie agli ioni di litio, AllcellTechnology ha sviluppato un materiale isolante PCC per batterie agli ioni di litio basato su materiali a cambiamento di fase [5]. Materiale PCC riempito tra batterie agli ioni di litio monomeriche, nel caso del normale funzionamento del pacco batterie agli ioni di litio, il pacco batterie nel calore può essere fatto passare rapidamente attraverso il materiale PCC verso l'esterno del pacco batterie, in caso di fuga termica negli ioni di litio batterie, il materiale PCC attraverso la fusione interna della cera di paraffina assorbe molto calore, previene l'ulteriore aumento della temperatura della batteria, quindi avverte del calore fuori controllo nella diffusione interna del pacco batteria. Nel test pinprick, l'instabilità termica di una batteria in un pacco batteria composto da 4 e 10 stringhe di pacchi batteria 18650 senza l'uso di materiale PCC ha eventualmente causato l'instabilità termica di 20 batterie nel pacco batteria, mentre l'instabilità termica di una batteria nel pacco batteria in materiale PCC non ha causato l'instabilità termica di altri pacchi batteria.
Orario di pubblicazione: 25 febbraio 2022