Прогрес у технології безпеки для літій-іонних батарей

Традиційні методи, такі як безпечне проектування та виготовлення іонно-літієвих блоків живлення, пристрої обмеження струму PTC, запобіжні клапани тиску, термічно закриті діафрагми та покращення термічної стабільності матеріалів акумуляторів, мають обмеження та можуть лише зменшити ймовірність того, що літій-іонний акумулятор є небезпечним поведінка в обмеженій мірі. Щоб побудувати систему запобігання самозбудженню іонно-літієвої блоку живлення, слід вивчити нові технології, щоб уникнути короткого замикання, перезаряду, теплового розбігу, згоряння та використання негорючого електроліту.

Ⅰ. Внутрішній захист від короткого замикання в іонних літієвих блоках живлення

Прикладами захисних покриттів є керамічна діафрагма та негативний термостійкий шар.

Ⅱ. Техніка перезаряду для антиіонних літієвих блоків живлення

1. Адитивна окислювально-відновна електрична пара R окислюється до O на позитивному електроді, коли іонно-літієва батарея перезаряджається, а згодом O дифундує до негативного електрода та зменшується до R. Напруга заряджання підтримується на безпечному рівні завдяки цьому внутрішньому циклу, що також запобігає розпаду електроліту та іншим електродним реакціям.

2. Сполуки диметоксибензолу мають постійну здатність фіксації напруги менше 0,5C через обмежену розчинність; іонні літієві блоки живлення мають значний саморозряд. Молекулярна структура Шаттла потребує додаткових досліджень.

3. Реверсивне запобігання перезаряду не тільки вирішує проблему перезаряду батареї, але й сприяє збалансованості ємності кожного окремого елемента літієвої батареї, знижуючи потреби в постійності батареї, а також подовжуючи термін служби батареї.

4. Чутлива до напруги діафрагма для перезаряджувані літієві батареї. У нормальному діапазоні зарядної та розрядної напруги діафрагмова частина мікропори, наповнена електроактивним полімером, ізольована, що дозволяє проводити лише іони; коли напруга заряджання досягає контрольованого значення, полімер окислюється та легується, щоб стати електропровідним, утворюючи полімерний провідний міст між позитивним і негативним електродами, запобігаючи обходу зарядного струму, іонно-літієвий блок живлення.

Ⅲ. Технологія запобігання перегріву іонного літієвого блоку живлення

1. термочутливий електрод для іонних літієвих блоків живлення (PTC електрод). Коли температура підвищується до температури перетворення Кюрі комплексу, полімерна матриця розширюється, електропровідна сажа виходить з контакту, і композитний матеріал має високу електронну провідність; коли температура підвищується до температури перетворення Кюрі комплексу, полімерна матриця розширюється, електропровідна сажа втрачає контакт, і комплекс втрачає свою електронну провідність. Електропровідність швидко зменшується.

(1) При високих температурах опір покриття PTC, яке вбудовано між колектором електрода PTC і покриттям активатора електрода, різко зростає, перериваючи передачу струму, припиняючи реакцію батареї та запобігаючи термічному витоку іонно-літієвий блок живлення, що спричиняє проблеми з безпекою.

(2) Наприклад, результати тестування показують, що PTC кобальтат літію (LiCoO₂) електрод має чудовий ефект термоблокування самозбудження при високих температурах 80120°C, що може захистити іонні літієві блоки живлення від проблем безпеки, спричинених перезарядом і зовнішнім коротким замиканням.

(3) Внутрішнє коротке замикання, з іншого боку, робить PTC електрод марним. Крім того, необхідно покращити термочутливість полімерного PTC матеріалу.

2. Термозамкнуті електроди в іонно-літієвому блоку живлення. На поверхні електрода або діафрагми змінюється шар наносферичної терморозчинної речовини. Коли температура підвищується до температури плавлення сферичного матеріалу, сфери плавляться в щільну плівку, перериваючи транспорт іонів і потенційно припиняючи реакцію батареї; коли температура підвищується до температури плавлення сферичного матеріалу, сфери плавляться в щільну плівку, перериваючи транспорт іонів і потенційно припиняючи реакцію батареї.

3. Літій-іонний блок живлення, який пройшов термічну обробку. В електроліт вводиться мономер, здатний до термополімеризації. Коли температура підвищується, відбувається полімеризація, зміцнення електроліту та перекриття транзиту іонів, що припиняє роботу блоку живлення іонного літію. Експерименти показали, що додавання електроліту ІМТ не впливає на зарядку та розрядку батареї та що ІМТ може перешкоджати зарядці та розрядці батареї за високих температур.

Ⅳ. Незаймистий електроліт запобігає займанню іонно-літієвого блоку живлення

Органічний фосфатний ефір є вогнезахисною сполукою з високою розчинністю в солі електроліту. Наприклад, DMMP (диметоксиметилфосфат) має низьку в'язкість (cP 1,75 при 25°C), низьку температуру плавлення та високу температуру кипіння (від -50 до 181°C), значну вогнестійкість (вміст P: 25% ) і висока розчинність солі літію.

Однак на практиці вогнезахисні розчинники йонного літієвого блоку живлення мають такі проблеми: погане узгодження з негативним електродом і низька кулонівська ефективність під час заряджання та розряджання акумулятора. У результаті необхідно знайти правильні плівкоутворюючі інгредієнти.