Como controlar a fuga térmica de baterias de íon de lítio

1. Retardador de chama de eletrólito

Os retardadores de chama eletrolíticos são uma forma muito eficaz de reduzir o risco de fuga térmica das baterias, mas esses retardadores de chama geralmente têm um sério impacto no desempenho eletroquímico das baterias de íon de lítio, por isso são difíceis de usar na prática. Para resolver este problema, da Universidade da Califórnia, San Diego, a equipe YuQiao [1] com o método de embalagem de cápsulas irá retardar a chama DbA (dibenzil amina) armazenado no interior da microcápsula, espalhado no eletrólito, em tempos normais não terão impacto no desempenho das baterias de íon de lítio, mas quando as células são destruídas por força externa, como extrusão, os retardadores de chama nessas cápsulas são então liberados, envenenando a bateria e causando sua falha, alertando-a assim à fuga térmica. Em 2018, a equipe de YuQiao [2] utilizou novamente a tecnologia acima, usando etilenoglicol e etilenodiamina como retardadores de chama, que foram encapsulados e inseridos na bateria de íon de lítio, resultando em uma queda de 70% na temperatura máxima da bateria de íon de lítio durante o teste de pino, reduzindo significativamente o risco de controle térmico da bateria de íon de lítio.

Os métodos mencionados acima são autodestrutivos, o que significa que, uma vez usado o retardador de chama, toda a bateria de íons de lítio será destruída. No entanto, a equipe de AtsuoYamada na Universidade de Tóquio, no Japão [3], desenvolveu um eletrólito retardador de chama que não afetará o desempenho das baterias de íon-lítio. Neste eletrólito, uma alta concentração de NaN (SO2F) 2 (NaFSA) ou LiN (SO2F) 2 (LiFSA) foi usada como sal de lítio, e um trimetil fosfato TMP retardador de chama comum foi adicionado ao eletrólito, o que melhorou significativamente a estabilidade térmica. de bateria de íon de lítio. Além do mais, a adição de retardador de chama não afetou o desempenho do ciclo da bateria de íon de lítio. O eletrólito pode ser usado por mais de 1.000 ciclos (1.200 C/5 ciclos, 95% de retenção de capacidade).

As características retardadoras de chama das baterias de íon de lítio por meio de aditivos são uma das maneiras de alertar as baterias de íon de lítio sobre o aquecimento fora de controle. Algumas pessoas também encontram uma nova forma de tentar alertar a ocorrência de curto-circuito em baterias de íon de lítio causado por forças externas da raiz, de forma a atingir o objetivo de retirar o fundo e eliminar completamente a ocorrência de calor descontrolado. Tendo em vista o possível impacto violento das baterias de íon de lítio em uso, GabrielM.Veith, do Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos, projetou um eletrólito com propriedades de espessamento por cisalhamento [4]. Este eletrólito utiliza as propriedades de fluidos não newtonianos. No estado normal, o eletrólito é líquido. Porém, ao ser confrontado com um impacto repentino, apresentará um estado sólido, tornar-se-á extremamente forte e poderá até atingir o efeito de à prova de balas. Desde a raiz, ele alerta sobre o risco de fuga térmica causada por curto-circuito na bateria quando a bateria de íon de lítio entra em colisão.

2. Estrutura da bateria

A seguir, vamos ver como frear a fuga térmica do nível das células da bateria. Atualmente, o problema da fuga térmica tem sido considerado no projeto estrutural de baterias de íons de lítio. Por exemplo, geralmente há uma válvula de alívio de pressão na tampa superior da bateria 18650, que pode liberar oportunamente a pressão excessiva dentro da bateria durante a fuga térmica. Em segundo lugar, haverá material PTC com coeficiente de temperatura positivo na tampa da bateria. Quando a temperatura de fuga térmica aumenta, a resistência do material PTC aumentará significativamente para reduzir a corrente e reduzir a geração de calor. Além disso, no projeto da estrutura da bateria única deve-se considerar também o projeto anti-curto-circuito entre os pólos positivo e negativo, alerta por mau funcionamento, resíduos metálicos e outros fatores que resultam em curto-circuito da bateria, causando acidentes de segurança.

Quando o segundo projeto em baterias, deve-se usar o diafragma mais seguro, como poro fechado automático de compósito de três camadas em alta temperatura o diafragma, mas nos últimos anos, com a melhoria da densidade de energia da bateria, diafragma fino sob a tendência de o diafragma composto de três camadas tornou-se gradualmente obsoleto, substituído pelo revestimento cerâmico do diafragma, revestimento cerâmico para fins de suporte do diafragma, reduz a contração do diafragma em altas temperaturas, melhora a estabilidade térmica da bateria de íon de lítio e reduz o risco de fuga térmica da bateria de íon de lítio.

3. Projeto de segurança térmica da bateria

Em uso, as baterias de íon de lítio são frequentemente compostas por dezenas, centenas ou até milhares de baterias por meio de conexões em série e paralelas. Por exemplo, a bateria do Tesla ModelS consiste em mais de 7.000 baterias 18.650. Se uma das baterias perder o controle térmico, ela poderá se espalhar na bateria e causar consequências graves. Por exemplo, em janeiro de 2013, a bateria de íons de lítio do Boeing 787 de uma empresa japonesa pegou fogo em Boston, nos Estados Unidos. De acordo com a investigação do National Transportation Safety Board, uma bateria quadrada de íon de lítio de 75Ah na bateria causou fuga térmica das baterias adjacentes. Após o incidente, a Boeing exigiu que todas as baterias fossem equipadas com novas medidas para evitar a propagação térmica descontrolada.

A fim de evitar que a fuga térmica se espalhe dentro das baterias de íon de lítio, a AllcellTechnology desenvolveu um material de isolamento de fuga térmica PCC para baterias de íon de lítio baseado em materiais de mudança de fase [5]. Material PCC preenchido entre a bateria de íon de lítio monômero, no caso do trabalho normal da bateria de íon de lítio, a bateria no calor pode ser passada através do material PCC rapidamente para o exterior da bateria, quando a fuga térmica em íon de lítio baterias, o material PCC por seu derretimento interno de parafina absorve muito calor, evitando que a temperatura da bateria suba ainda mais, alertando assim para o calor fora de controle na difusão interna da bateria. No teste de picada de agulha, a fuga térmica de uma bateria em um conjunto de baterias consistindo de 4 e 10 séries de 18.650 baterias sem o uso de material PCC eventualmente causou a fuga térmica de 20 baterias na bateria, enquanto a fuga térmica de uma bateria na bateria feita de material PCC não causou fuga térmica de outras baterias.