1. Elektrolitin alev geciktiricisi
Elektrolit alev geciktiriciler, pillerin termal kaçak riskini azaltmanın çok etkili bir yoludur, ancak bu alev geciktiriciler genellikle lityum iyon pillerin elektrokimyasal performansı üzerinde ciddi bir etkiye sahiptir, bu nedenle pratikte kullanımı zordur. Bu sorunu çözmek için Kaliforniya Üniversitesi, San Diego, YuQiao ekibi [1] kapsül paketleme yöntemiyle mikro kapsülün iç kısmında depolanan alev geciktirici DbA'yı (dibenzil amin) elektrolite dağıtacak. normal zamanlar lityum iyon pillerin performansını etkilemez, ancak hücrelerin ekstrüzyon gibi harici bir kuvvetle tahrip edilmesi durumunda, bu kapsüllerin içindeki alev geciktiriciler serbest kalır, pili zehirler ve arızalanmasına neden olur, böylece onu uyarır. termal kaçağa. 2018 yılında YuQiao'nun ekibi [2], alev geciktiriciler olarak etilen glikol ve etilendiamin kullanarak yukarıdaki teknolojiyi tekrar kullandı; bunlar kapsüllendi ve lityum iyon pilin içine yerleştirildi, bu da lityum iyon pilin maksimum sıcaklığında %70'lik bir düşüşe neden oldu. Pim pimi testi, lityum iyon pilin termal kontrol riskini önemli ölçüde azaltır.
Yukarıda belirtilen yöntemler kendi kendini imha etmektedir; bu, alev geciktirici kullanıldığında tüm lityum iyon pilin imha edileceği anlamına gelir. Ancak Japonya'daki Tokyo Üniversitesi'ndeki AtsuoYamada'nın ekibi [3], lityum iyon pillerin performansını etkilemeyecek alev geciktirici bir elektrolit geliştirdi. Bu elektrolitte, lityum tuzu olarak yüksek konsantrasyonda NaN(SO2F)2(NaFSA) veya LiN(SO2F)2(LiFSA) kullanılmış ve elektrolite ortak bir alev geciktirici trimetil fosfat TMP eklenmiştir, bu da termal stabiliteyi önemli ölçüde geliştirmiştir. lityum iyon pilden. Dahası, alev geciktirici ilavesi lityum iyon pilin çevrim performansını etkilememiştir. Elektrolit 1000'den fazla döngü için kullanılabilir (1200 C/5 döngü, %95 kapasite tutma).
Lityum iyon pillerin katkı maddeleri yoluyla alev geciktirici özellikleri, lityum iyon pillerin kontrolden çıkmasını uyarmanın yollarından biridir. Bazı insanlar ayrıca, alt kısmı çıkarma amacına ulaşmak ve kontrolden çıkan ısı oluşumunu tamamen ortadan kaldırmak için, lityum iyon pillerde kökten gelen dış kuvvetlerin neden olduğu kısa devre oluşumunu uyarmanın yeni bir yolunu buluyor. Kullanımdaki güçlü lityum iyon pillerin olası şiddetli etkisi göz önüne alındığında, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndan GabrielM.Veith, kesme kalınlaştırma özelliklerine sahip bir elektrolit tasarladı [4]. Bu elektrolit Newtonyen olmayan akışkanların özelliklerini kullanır. Normal durumda elektrolit sıvıdır. Ancak ani bir darbeyle karşılaştığında katı bir hal alacak, son derece güçlü hale gelecek ve hatta kurşun geçirmezlik etkisine bile ulaşabilecek. Güç lityum iyon pili çarptığında pildeki kısa devrenin neden olduğu termal kaçak riskini kökten uyarır.
2. Pil yapısı
Daha sonra, akü hücrelerinin seviyesinden termal kaçağa nasıl fren koyacağımıza bakalım. Şu anda, lityum iyon pillerin yapısal tasarımında termal kaçak sorunu dikkate alınmaktadır. Örneğin, 18650 pilin üst kapağında genellikle termal kaçak durumunda pil içindeki aşırı basıncı zamanında serbest bırakabilen bir basınç tahliye valfi bulunur. İkinci olarak pil kapağında pozitif sıcaklık katsayılı PTC malzemesi bulunacaktır. Termal kaçak sıcaklığı yükseldiğinde, PTC malzemesinin direnci, akımı azaltmak ve ısı oluşumunu azaltmak için önemli ölçüde artacaktır. Ek olarak, tek akü yapısının tasarımında, pozitif ve negatif kutuplar arasındaki kısa devre önleyici tasarım da göz önünde bulundurulmalı, yanlış çalışma, metal artıkları ve akü kısa devresine neden olan ve güvenlik kazalarına neden olan diğer faktörler nedeniyle uyarıda bulunulmalıdır.
Pillerdeki ikinci tasarımda, yüksek sıcaklıkta diyaframın üç katmanlı kompozitten otomatik olarak kapalı gözenekleri gibi daha güvenli diyafram kullanılması gerekir, ancak son yıllarda pil enerji yoğunluğunun artmasıyla birlikte ince diyafram, ince diyaframa yönelme eğilimi altındadır. Üç katmanlı kompozit diyafram yavaş yavaş kullanılmaz hale geldi, yerini diyaframın seramik kaplaması aldı, diyafram desteği amacıyla seramik kaplama yapıldı, yüksek sıcaklıklarda diyaframın büzülmesini azalttı, Lityum iyon pilin termal stabilitesini artırdı ve riskini azalttı. lityum iyon pilin termal kaçağı.
3. Pil takımı termal güvenlik tasarımı
Kullanımda, lityum iyon piller genellikle seri ve paralel bağlantı yoluyla düzinelerce, yüzlerce ve hatta binlerce pilden oluşur. Örneğin Tesla ModelS'in pil paketi 7.000'den fazla 18650 pilden oluşuyor. Pillerden birinin termal kontrolü kaybetmesi durumunda pil takımına yayılabilir ve ciddi sonuçlara neden olabilir. Örneğin Ocak 2013'te bir Japon şirketinin Boeing 787 lityum iyon bataryası ABD'nin Boston kentinde alev aldı. Ulusal Ulaşım Güvenliği Kurulu'nun araştırmasına göre, pil paketindeki 75Ah kare lityum iyon pil, bitişikteki pillerin termal kaçmasına neden oldu. Olayın ardından Boeing, kontrolsüz termal yayılmayı önlemek için tüm akü paketlerinin yeni önlemlerle donatılmasını zorunlu kıldı.
AllcellTechnology, lityum iyon pillerin içindeki termal kaçakların yayılmasını önlemek için, lityum iyon piller için faz değişim malzemelerine dayalı bir termal kaçak izolasyon malzemesi PCC geliştirdi [5]. Monomer lityum iyon pil arasına doldurulmuş PCC malzemesi, lityum iyon pil paketinin normal çalışması durumunda, lityum iyonda termal kaçak olduğunda, ısıdaki pil paketi PCC malzemesinden hızlı bir şekilde pil takımının dışına aktarılabilir. Piller, PCC malzemesinin dahili parafin balmumunu eritmesiyle çok fazla ısı emer, pil sıcaklığının daha da yükselmesini önler, böylece pil paketinin iç difüzyonunda kontrolden çıkan ısınmaya karşı uyarı verir. Pinprick testinde, PCC malzemesi kullanılmadan 4 ve 10 dizili 18650 pil paketinden oluşan bir pil paketindeki bir pilin termal kaçağı, sonunda pil paketindeki 20 pilin termal kaçağına neden olurken, bir pilin termal kaçağı PCC malzemeden yapılmış pil paketindeki pil, diğer pil paketlerinin termal kaçaklarına neden olmadı.
Gönderim zamanı: Şubat-25-2022