1. Elektrolyytin palonestoaine
Elektrolyyttipalonsuoja-aineet ovat erittäin tehokas tapa vähentää akkujen lämpökarkaamisen riskiä, mutta näillä palonestoaineilla on usein vakava vaikutus litiumioniakkujen sähkökemialliseen suorituskykyyn, joten niitä on vaikea käyttää käytännössä. Tämän ongelman ratkaisemiseksi Kalifornian yliopiston San Diegossa työskentelevä YuQiao-tiimi [1] kapselin pakkausmenetelmää käyttää mikrokapselin sisäpuolelle hajallaan olevaa elektrolyytissä olevaa palonestoainetta (dibentsyyliamiinia). Normaalit ajat eivät vaikuta litiumioniakkujen suorituskykyyn, mutta kun solut eivät tuhoutuisi ulkoisen voiman, kuten suulakepuristuksen, vaikutuksesta, näissä kapseleissa olevat palonestoaineet vapautuvat, myrkyttäen akun ja aiheuttaen sen epäonnistumisen, mikä varoittaa sitä. lämpökarkuun. Vuonna 2018 YuQiaon tiimi [2] hyödynsi yllä olevaa tekniikkaa uudelleen käyttämällä etyleeniglykolia ja etyleenidiamiinia palonestoaineina, jotka kapseloitiin ja laitettiin litiumioniakun sisään, mikä johti 70 %:n laskuun litiumioniakun maksimilämpötilassa nastatesti, mikä vähentää merkittävästi litiumioniakun lämmönhallinnan riskiä.
Edellä mainitut menetelmät ovat itsetuhoisia, mikä tarkoittaa, että kun palonestoainetta käytetään, koko litiumioniakku tuhoutuu. AtsuoYamadan tiimi Tokion yliopistossa Japanissa [3] kehitti kuitenkin paloa hidastavan elektrolyytin, joka ei vaikuta litiumioniakkujen suorituskykyyn. Tässä elektrolyytissä litiumsuolana käytettiin suurta pitoisuutta NaN(SO2F)2(NaFSA) tai LiN(SO2F)2(LiFSA) ja tavallista palonestoainetta trimetyylifosfaatti TMP lisättiin elektrolyyttiin, mikä paransi merkittävästi lämpöstabiilisuutta. litiumioniakusta. Lisäksi palonestoaineen lisääminen ei vaikuttanut litiumioniakun syklin suorituskykyyn. Elektrolyyttiä voidaan käyttää yli 1000 syklin ajan (1200 C/5 sykliä, 95 % kapasiteetin säilyttäminen).
Litiumioniakkujen paloa hidastavat ominaisuudet lisäaineiden avulla on yksi tapa varoittaa litiumioniakkuja kuumentumasta hallitsemattomasti. Jotkut ihmiset löytävät myös uuden tavan yrittää varoittaa oikosulusta litiumioniakuissa, jotka johtuvat ulkoisten voimien juuresta, jotta saavutetaan tarkoitus poistaa pohja ja eliminoida täysin hallitsematon lämmön esiintyminen. Ottaen huomioon käytössä olevien teholitiumioniakkujen mahdollisen rajun vaikutuksen, GabrielM. Veith Oak Ridge National Laboratorysta Yhdysvalloista suunnitteli elektrolyytin, jolla on leikkaussakeuttavia ominaisuuksia [4]. Tämä elektrolyytti hyödyntää ei-newtonilaisten nesteiden ominaisuuksia. Normaalitilassa elektrolyytti on nestemäistä. Kuitenkin, kun se kohtaa äkillisen iskun, se muodostaa kiinteän tilan, tulee erittäin vahvaksi ja voi jopa saavuttaa luodinkestävän vaikutuksen. Se varoittaa juuresta käsin akun oikosulun aiheuttamasta terminen karkaamisesta, kun teholitiumioniakku törmää.
2. Akun rakenne
Seuraavaksi katsotaan kuinka jarruttaa lämpökarkaamista akkukennojen tasolta. Tällä hetkellä lämmön karkaamisen ongelma on otettu huomioon litiumioniakkujen rakennesuunnittelussa. Esimerkiksi 18650-akun yläkannessa on yleensä paineenalennusventtiili, joka voi vapauttaa akun sisällä olevan liiallisen paineen ajoissa, kun lämpö karkaa. Toiseksi akun kannessa on positiivinen lämpötilakerroin materiaali PTC. Kun lämpöpoistumislämpötila nousee, PTC-materiaalin vastus kasvaa merkittävästi virran pienentämiseksi ja lämmöntuoton vähentämiseksi. Lisäksi yksittäisen akun rakenteen suunnittelussa tulee ottaa huomioon myös oikosulkua estävä rakenne positiivisen ja negatiivisen navan välillä, varoittaa väärinkäytöstä, metallijäämistä ja muista tekijöistä, jotka johtavat akun oikosulkuun, aiheuttaen turvallisuusonnettomuuksia.
Kun toinen malli paristoissa, on käytettävä sitä turvallisempaa kalvoa, kuten automaattinen suljettu huokosten kolmikerroksinen komposiitti korkeassa lämpötilassa kalvo, mutta viime vuosina, parantunut akun energiatiheys, ohut kalvo alle suuntaus kolmikerroksinen komposiittikalvo on vähitellen vanhentunut, korvattu kalvon keraamisella pinnoitteella, keraamisella pinnoitteella kalvon tukitarkoituksiin, vähentää kalvon supistumista korkeissa lämpötiloissa, parantaa litiumioniakun lämpöstabiilisuutta ja vähentää riskiä litiumioniakun terminen karkaaminen.
3. Akun lämpöturvallisuussuunnittelu
Käytössä litiumioniakut koostuvat usein kymmenistä, sadaista tai jopa tuhansista akuista sarja- ja rinnakkaiskytkennällä. Esimerkiksi Tesla ModelS:n akkupaketti koostuu yli 7 000 18650 akusta. Jos jokin akuista menettää lämmönhallinnan, se voi levitä akussa ja aiheuttaa vakavia seurauksia. Esimerkiksi tammikuussa 2013 japanilaisen yrityksen Boeing 787 -litiumioniakku syttyi tuleen Bostonissa, Yhdysvalloissa. Kansallisen liikenneturvallisuuslautakunnan tutkimuksen mukaan akussa oleva 75 Ah:n neliölitiumioniakku aiheutti viereisten akkujen lämpökarkaamisen. Tapahtuman jälkeen Boeing vaati, että kaikki akut varustetaan uusilla toimenpiteillä hallitsemattoman lämmön leviämisen estämiseksi.
Estääkseen lämpöpurkauksen leviämisen litiumioniakkujen sisällä AllcellTechnology kehitti vaiheenmuutosmateriaaleihin perustuvan lämpöeristysmateriaalin PCC litiumioniakuille [5]. PCC-materiaali, joka on täytetty monomeeri-litiumioniakun väliin, litiumioniakun normaalin toiminnan tapauksessa akkupakkaus kuumuudessa voidaan kuljettaa PCC-materiaalin läpi nopeasti akun ulkopuolelle, kun litiumioniakku pakenee lämpöä. akut, PCC-materiaali sen sisäisen parafiinivahan sulamisen ansiosta imevät paljon lämpöä, estävät akun lämpötilan nousun entisestään, joten varoittavat lämpöä hallitsemattomasti akun sisäisessä diffuusiossa. Neulapistokokeessa 4 ja 10 18 650 akun sarjasta koostuvan akun terminen karkaaminen ilman PCC-materiaalia aiheutti lopulta 20 akun lämpökarkaamisen akussa, kun taas yhden akun lämpökarkaaminen. PCC-materiaalista valmistetussa akussa oleva akku ei aiheuttanut muiden akkujen lämpökarkaamista.
Postitusaika: 25.2.2022