1. Ignifuge de l'électrolyte
Les retardateurs de flamme électrolytiques sont un moyen très efficace de réduire le risque d'emballement thermique des batteries, mais ces retardateurs de flamme ont souvent un impact sérieux sur les performances électrochimiques des batteries lithium-ion, ils sont donc difficiles à utiliser dans la pratique.Afin de résoudre ce problème, l'équipe YuQiao de l'université de Californie à San Diego [1], avec la méthode d'emballage des capsules, utilisera du DbA (dibenzylamine) ignifuge stocké à l'intérieur de la microcapsule, dispersé dans l'électrolyte, dans les temps normaux n'auront pas d'impact sur les performances des batteries lithium-ion, mais lorsque les cellules sont détruites par une force externe telle que l'extrusion, les retardateurs de flamme contenus dans ces capsules sont alors libérés, empoisonnant la batterie et provoquant sa défaillance, l'alertant ainsi à l'emballement thermique.En 2018, l'équipe de YuQiao [2] a de nouveau utilisé la technologie ci-dessus, en utilisant de l'éthylène glycol et de l'éthylènediamine comme ignifugeants, qui ont été encapsulés et insérés dans la batterie lithium-ion, entraînant une baisse de 70 % de la température maximale de la batterie lithium-ion pendant le test des broches, réduisant considérablement le risque de contrôle thermique de la batterie lithium-ion.
Les méthodes mentionnées ci-dessus sont autodestructrices, ce qui signifie qu’une fois le retardateur de flamme utilisé, toute la batterie lithium-ion sera détruite.Cependant, l'équipe d'AtsuoYamada de l'université de Tokyo au Japon [3] a développé un électrolyte ignifuge qui n'affectera pas les performances des batteries lithium-ion.Dans cet électrolyte, une concentration élevée de NaN (SO2F) 2 (NaFSA) ou LiN (SO2F) 2 (LiFSA) a été utilisée comme sel de lithium, et un phosphate de triméthyle ignifuge commun TMP a été ajouté à l'électrolyte, ce qui a considérablement amélioré la stabilité thermique. de batterie lithium-ion.De plus, l'ajout d'un retardateur de flamme n'a pas affecté les performances de cycle de la batterie lithium-ion.L'électrolyte peut être utilisé pendant plus de 1000 cycles (1200 C/5 cycles, 95 % de rétention de capacité).
Les caractéristiques ignifuges des batteries lithium-ion grâce aux additifs sont l’un des moyens d’alerter les batteries lithium-ion en cas de chaleur incontrôlée.Certaines personnes trouvent également une nouvelle façon d'essayer d'alerter l'apparition d'un court-circuit dans les batteries lithium-ion provoqué par des forces externes provenant de la racine, afin d'atteindre l'objectif d'enlever le fond et d'éliminer complètement l'apparition de chaleur incontrôlable.Compte tenu de l'impact violent possible des batteries lithium-ion de puissance en cours d'utilisation, GabrielM.Veith du laboratoire national d'Oak Ridge aux États-Unis a conçu un électrolyte doté de propriétés d'épaississement par cisaillement [4].Cet électrolyte utilise les propriétés des fluides non newtoniens.A l’état normal, l’électrolyte est liquide.Cependant, lorsqu'il est confronté à un impact soudain, il présentera un état solide, deviendra extrêmement résistant et pourra même obtenir l'effet pare-balles.Dès la racine, il alerte sur le risque d'emballement thermique provoqué par un court-circuit dans la batterie lorsque la batterie lithium-ion de puissance entre en collision.
2. Structure de la batterie
Voyons ensuite comment freiner l'emballement thermique au niveau des cellules de la batterie.À l’heure actuelle, le problème de l’emballement thermique a été pris en compte dans la conception structurelle des batteries lithium-ion.Par exemple, il y a généralement une soupape de surpression dans le couvercle supérieur de la batterie 18650, qui peut libérer en temps opportun la pression excessive à l'intérieur de la batterie en cas d'emballement thermique.Deuxièmement, il y aura un matériau à coefficient de température positif PTC dans le couvercle de la batterie.Lorsque la température d'emballement thermique augmente, la résistance du matériau PTC augmente considérablement pour réduire le courant et réduire la génération de chaleur.En outre, dans la conception de la structure de la batterie unique, il convient également de prendre en compte la conception anti-court-circuit entre les pôles positif et négatif, l'alerte en cas de mauvais fonctionnement, de résidus métalliques et d'autres facteurs entraînant un court-circuit de la batterie, provoquant des accidents de sécurité.
Lors de la deuxième conception des batteries, il faut utiliser un diaphragme plus sûr, tel qu'un diaphragme composite à trois couches à pores fermés automatiquement à haute température, mais ces dernières années, avec l'amélioration de la densité énergétique de la batterie, un diaphragme mince sous la tendance de Le diaphragme composite à trois couches est progressivement devenu obsolète, remplacé par le revêtement en céramique du diaphragme, le revêtement en céramique destiné au support du diaphragme, réduit la contraction du diaphragme à haute température, améliore la stabilité thermique de la batterie lithium-ion et réduit le risque de emballement thermique de la batterie lithium-ion.
3. Conception de sécurité thermique de la batterie
Lors de leur utilisation, les batteries lithium-ion sont souvent composées de dizaines, de centaines, voire de milliers de batteries via une connexion en série et en parallèle.Par exemple, la batterie des Tesla ModelS se compose de plus de 7 000 batteries 18650.Si l’une des batteries perd le contrôle thermique, cela peut se propager dans le pack batterie et entraîner de graves conséquences.Par exemple, en janvier 2013, la batterie lithium-ion du Boeing 787 d'une entreprise japonaise a pris feu à Boston, aux États-Unis.Selon l'enquête du National Transportation Safety Board, une batterie lithium-ion carrée de 75 Ah dans le bloc-batterie a provoqué un emballement thermique des batteries adjacentes.Après l'incident, Boeing a exigé que toutes les batteries soient équipées de nouvelles mesures pour empêcher une propagation thermique incontrôlée.
Afin d'empêcher l'emballement thermique de se propager à l'intérieur des batteries lithium-ion, AllcellTechnology a développé un matériau d'isolation thermique PCC pour les batteries lithium-ion basé sur des matériaux à changement de phase [5].Matériau PCC rempli entre la batterie lithium-ion monomère, dans le cas du fonctionnement normal de la batterie lithium-ion, la batterie dans la chaleur peut passer rapidement à travers le matériau PCC vers l'extérieur de la batterie, en cas d'emballement thermique dans le lithium-ion. Les batteries, le matériau PCC, par sa fonte de cire de paraffine interne, absorbe beaucoup de chaleur, empêchent la température de la batterie d'augmenter davantage, alertant ainsi d'une chaleur incontrôlable dans la diffusion interne de la batterie.Lors du test par piqûre d'épingle, l'emballement thermique d'une batterie dans un pack de batteries composé de 4 et 10 chaînes de packs de batteries 18650 sans utilisation de matériau PCC a finalement provoqué l'emballement thermique de 20 batteries dans le pack de batteries, tandis que l'emballement thermique d'un La batterie dans la batterie en matériau PCC n'a pas provoqué l'emballement thermique des autres batteries.
Heure de publication : 25 février 2022