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Progressi nella tecnologia di sicurezza per le batterie agli ioni di litio

2023-04-13
Metodi tradizionali come la progettazione e la produzione di sicurezza dell'alimentatore agli ioni di litio, dispositivi di limitazione della corrente PTC, valvole di sicurezza della pressione, diaframmi chiusi termicamente e miglioramento della stabilità termica ...

I metodi tradizionali come la progettazione e la produzione di sicurezza dell'alimentatore agli ioni di litio, i dispositivi di limitazione della corrente PTC, le valvole di sicurezza della pressione, i diaframmi chiusi termicamente e il miglioramento della stabilità termica dei materiali della batteria hanno dei limiti e possono solo ridurre la probabilità che la batteria agli ioni di litio non sia sicura comportamento in misura limitata. Per costruire un sistema di prevenzione della sicurezza dell'autoeccitazione dell'alimentatore agli ioni di litio, è necessario esplorare nuove tecnologie per evitare cortocircuiti, sovraccarichi, fuga termica, combustione ed elettrolita non combustibile.

 

Ⅰ. Protezione interna da cortocircuito negli alimentatori agli ioni di litio

 

Il diaframma in ceramica e lo strato di resistenza al calore negativo sono esempi di rivestimenti protettivi.

 

Ⅱ. Tecnica di sovraccarica per alimentatori al litio anti-ioni

 

1. La coppia elettrica redox additiva R viene ossidata a O sull'elettrodo positivo quando il pacco batteria agli ioni di litio è sovraccaricato, e successivamente O si diffonde all'elettrodo negativo e si riduce a R. La tensione di carica viene mantenuta a un livello di sicurezza da questo ciclo interno, che previene anche la rottura dell'elettrolita e altre reazioni dell'elettrodo.

 

2. I composti dimetossibenzene hanno una capacità di bloccaggio della tensione costante inferiore a 0,5°C a causa della limitata solubilità; gli alimentatori agli ioni di litio hanno una notevole autoscarica. La struttura molecolare di Shuttle richiede ulteriori indagini.

 

3. La prevenzione reversibile del sovraccarico non solo risolve il problema del sovraccarico della batteria, ma contribuisce anche all'equilibrio della capacità di ogni singola cella in un pacco batteria al litio, riducendo le esigenze di uniformità della batteria e prolungando al tempo stesso la durata della batteria.

 

4. Diaframma sensibile alla tensione per batterie al litio ricaricabili. Nel normale intervallo di tensione di carica e scarica, la parte del diaframma del microporoso riempito con un polimero elettroattivo è isolata, consentendo solo la conduzione ionica; quando la tensione di carica raggiunge un valore controllato, il polimero viene ossidato e drogato per diventare elettronicamente conduttivo, formando un ponte conduttivo polimerico tra gli elettrodi positivi e negativi, impedendo il bypass della corrente di carica, alimentatore agli ioni di litio.

 

Ⅲ. Tecnologia di prevenzione dell'instabilità termica dell'alimentatore agli ioni di litio

 

1. elettrodo sensibile alla temperatura per alimentatori agli ioni di litio (elettrodo PTC). Quando la temperatura sale alla temperatura di conversione Curie del complesso, la matrice polimerica si espande, il nerofumo conduttivo fuori contatto e il materiale composito ha un'elevata conduttività elettronica; quando la temperatura sale alla temperatura di conversione Curie del complesso, la matrice polimerica si espande, il nerofumo conduttivo fuori contatto e il complesso perde la sua conduttività elettronica. La conduttività elettrica diminuisce rapidamente.

 

(1) A temperature elevate, la resistenza del rivestimento PTC, che è incorporato tra il collettore dell'elettrodo PTC e il rivestimento dell'attivatore dell'elettrodo, aumenta bruscamente, interrompendo il trasferimento di corrente, terminando la reazione della batteria e prevenendo la fuga termica del batteria agli ioni di litio, con conseguenti problemi di sicurezza.

 

(2) Ad esempio, i risultati dei test rivelano che il cobalto di litio PTC (LiCoO2) l'elettrodo ha un eccellente effetto di blocco termico autoeccitato a temperature elevate di 80120°C, che può proteggere gli alimentatori agli ioni di litio da problemi di sicurezza causati da sovraccarico e cortocircuito esterno.

 

(3) I cortocircuiti interni, invece, rendono inutilizzabile l'elettrodo PTC. Inoltre, le proprietà di risposta alla temperatura del materiale polimerico PTC devono essere migliorate.

 

2. Elettrodi chiusi termicamente in un alimentatore agli ioni di litio. Sulla superficie dell'elettrodo o del diaframma viene modificato uno strato di sostanza termosolubile nanosferica. Quando la temperatura sale alla temperatura di fusione del materiale sferico, le sfere fondono in una pellicola densa, interrompendo il trasporto di ioni e potenzialmente terminando la reazione della batteria; quando la temperatura sale alla temperatura di fusione del materiale sferico, le sfere si sciolgono in una pellicola densa, interrompendo il trasporto di ioni e potenzialmente interrompendo la reazione della batteria.

 

3. Batteria agli ioni di litio polimerizzata termicamente. Nell'elettrolita viene introdotto un monomero in grado di polimerizzare a caldo. Quando la temperatura aumenta, si verifica la polimerizzazione, indurendo l'elettrolita e interrompendo il transito ionico, terminando così il funzionamento dell'alimentatore ione litio. Gli esperimenti hanno dimostrato che le aggiunte di elettroliti all'IMC non hanno alcun effetto sulla carica e scarica della batteria e che l'IMC può ostacolare la carica e lo scaricamento della batteria ad alte temperature.

 

Ⅳ. Un elettrolita non infiammabile impedisce che l'alimentatore agli ioni di litio prenda fuoco

 

L'estere fosfato organico è un composto ritardante di fiamma con elevata solubilità nel sale elettrolitico. Ad esempio, il DMMP (dimetossimetilfosfato) ha una bassa viscosità (cP 1,75 a 25°C), un basso punto di fusione e un'elevata temperatura di ebollizione (da -50 a 181°C), un notevole ritardo di fiamma (contenuto di P: 25% ), e alta solubilità del sale di litio.

 

In pratica, tuttavia, i solventi ritardanti di fiamma del power pack agli ioni di litio presentano i seguenti problemi: scarsa corrispondenza con l'elettrodo negativo e bassa efficienza di Coulomb durante la carica e la scarica della batteria. Di conseguenza, è necessario scoprire i giusti ingredienti filmogeni.

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