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Avances en tecnología de seguridad para baterías de iones de litio

2023-04-13
Los métodos tradicionales, como el diseño y la fabricación de seguridad del paquete de energía de iones de litio, los dispositivos limitadores de corriente PTC, las válvulas de seguridad de presión, los diafragmas cerrados térmicamente y la mejora de la estabilidad térmica ...

Los métodos tradicionales, como el diseño y la fabricación de seguridad del paquete de energía de iones de litio, los dispositivos limitadores de corriente PTC, las válvulas de seguridad de presión, los diafragmas cerrados térmicamente y la mejora de la estabilidad térmica de los materiales de la batería tienen limitaciones y solo pueden reducir la probabilidad de que la batería de iones de litio no sea segura. comportamiento hasta cierto punto. Para construir un sistema de prevención de seguridad de autoexcitación del paquete de energía de iones de litio, se deben explorar nuevas tecnologías para evitar cortocircuitos, sobrecargas, fugas térmicas, combustión y electrolitos no combustibles.

 

Ⅰ. Protección interna contra cortocircuitos en paquetes de energía de iones de litio

 

El diafragma cerámico y la capa de resistencia al calor negativo son ejemplos de recubrimientos protectores.

 

Ⅱ. Técnica de sobrecarga para paquetes de energía de litio anti-ion

 

1. El par eléctrico redox aditivo R se oxida a O en el electrodo positivo cuando el paquete de baterías de iones de litio se sobrecarga y, posteriormente, el O se difunde al electrodo negativo y se reduce a R. El voltaje de carga se mantiene en un nivel seguro mediante este ciclo interno. que también previene la descomposición de electrolitos y otras reacciones de los electrodos.

 

2. Los compuestos de dimetoxibenceno tienen una capacidad de fijación de voltaje constante de menos de 0,5 C debido a su solubilidad limitada; Los paquetes de energía de iones de litio tienen una autodescarga sustancial. La estructura molecular de Shuttle requiere más investigación.

 

3. La prevención de sobrecarga reversible no solo resuelve el problema de sobrecarga de la batería, sino que también contribuye al equilibrio de capacidad de cada celda individual en un paquete de batería de litio, lo que reduce las necesidades de consistencia de la batería y al mismo tiempo prolonga la vida útil de la batería.

 

4. Diafragma sensible al voltaje para paquetes de baterías de litio recargables. En el rango normal de voltaje de carga y descarga, la parte del diafragma del microporoso relleno con un polímero electroactivo está aislada, permitiendo solo la conducción de iones; cuando el voltaje de carga alcanza un valor controlado, el polímero se oxida y se dopa para convertirse en conductor electrónico, formando un puente conductor de polímero entre los electrodos positivo y negativo, evitando la derivación de la corriente de carga, el paquete de energía de iones de litio.

 

Ⅲ. Tecnología de prevención de fugas térmicas del paquete de alimentación de iones de litio

 

1. Electrodo sensible a la temperatura para generadores de iones de litio (electrodo PTC). Cuando la temperatura sube a la temperatura de conversión de Curie del complejo, la matriz polimérica se expande, el negro de carbón conductor se sale del contacto y el material compuesto tiene una alta conductividad electrónica; cuando la temperatura sube a la temperatura de conversión de Curie del complejo, la matriz polimérica se expande, el negro de carbón conductor se sale del contacto y el complejo pierde su conductividad electrónica. La conductividad eléctrica disminuye rápidamente.

 

(1) A altas temperaturas, la resistencia del revestimiento de PTC, que está incrustado entre el colector del electrodo de PTC y el revestimiento del activador del electrodo, aumenta considerablemente, cortando la transferencia de corriente, finalizando la reacción de la batería y evitando la fuga térmica del fuente de alimentación de iones de litio, lo que genera problemas de seguridad.

 

(2) Por ejemplo, los resultados de las pruebas revelan que el cobaltato de litio PTC (LiCoO2) tiene un excelente efecto de bloqueo térmico autoexcitado a altas temperaturas de 80 a 120 °C, lo que puede proteger los paquetes de energía de iones de litio de problemas de seguridad causados por sobrecarga y cortocircuito externo.

 

(3) Los cortocircuitos internos, por otro lado, inutilizan el electrodo PTC. Además, se deben mejorar las propiedades de respuesta a la temperatura del material polimérico PTC.

 

2. Electrodos cerrados térmicamente en un paquete de energía de iones de litio. En la superficie del electrodo o diafragma, se cambia una capa de sustancia termosoluble nanoesférica. Cuando la temperatura sube a la temperatura de fusión del material esférico, las esferas se derriten en una película densa, cortando el transporte de iones y potencialmente terminando la reacción de la batería; cuando la temperatura sube a la temperatura de fusión del material esférico, las esferas se derriten en una película densa, cortando el transporte de iones y potencialmente terminando la reacción de la batería.

 

3. Paquete de energía de iones de litio que se ha curado térmicamente. Se introduce en el electrolito un monómero capaz de polimerizar por calor. Cuando la temperatura aumenta, se produce la polimerización, endureciendo el electrolito y cortando el tránsito de iones, lo que pone fin a la operación del paquete de energía de iones de litio. Los experimentos han demostrado que las adiciones de electrolitos de BMI no tienen efecto en la carga y descarga de la batería y que el BMI puede dificultar la carga y descarga de la batería a altas temperaturas.

 

Ⅳ. Un electrolito no inflamable evita que la fuente de alimentación de iones de litio se incendie

 

El éster de fosfato orgánico es un compuesto retardante de llama con alta solubilidad en sal electrolítica. Por ejemplo, el DMMP (fosfato de dimetoximetilo) tiene una viscosidad baja (cP 1,75 a 25 °C), un punto de fusión bajo y una temperatura de ebullición alta (-50 a 181 °C), un retardo de llama significativo (contenido de P: 25 % ), y alta solubilidad en sal de litio.

 

En la práctica, sin embargo, los solventes ignífugos del paquete de energía de iones de litio tienen los siguientes problemas: mala coincidencia con el electrodo negativo y baja eficiencia de Coulomb al cargar y descargar la batería. Como resultado, se deben descubrir los ingredientes formadores de película correctos.

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