1. Chất điện phân chống cháy
Chất chống cháy điện phân là một cách rất hiệu quả để giảm nguy cơ thoát nhiệt của pin, nhưng những chất chống cháy này thường ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất điện hóa của pin lithium ion nên khó sử dụng trong thực tế.Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu của trường đại học California, San Diego [1] với phương pháp đóng gói viên nang sẽ chứa chất chống cháy DbA (dibenzyl amine) bên trong viên nang siêu nhỏ, rải rác trong chất điện phân, trong Thời gian bình thường sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất của pin lithium ion, nhưng khi các tế bào bị phá hủy bởi ngoại lực như ép đùn, chất chống cháy trong các viên nang này sau đó sẽ được giải phóng, gây độc cho pin và khiến pin bị hỏng, từ đó cảnh báo cho pin để thoát nhiệt.Năm 2018, nhóm của YuQiao [2] đã sử dụng lại công nghệ trên, sử dụng ethylene glycol và ethylenediamine làm chất chống cháy, được đóng gói và lắp vào pin lithium ion, khiến nhiệt độ tối đa của pin lithium ion giảm 70% trong quá trình sử dụng. kiểm tra chốt pin, giảm đáng kể nguy cơ kiểm soát nhiệt của pin lithium ion.
Các phương pháp nêu trên là tự hủy, nghĩa là một khi sử dụng chất chống cháy, toàn bộ pin lithium-ion sẽ bị phá hủy.Tuy nhiên, nhóm của AtsuoYamada tại trường đại học Tokyo ở Nhật Bản [3] đã phát triển một chất điện phân chống cháy sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất của pin lithium-ion.Trong chất điện phân này, nồng độ cao NaN(SO2F)2(NaFSA) hoặcLiN(SO2F)2(LiFSA) đã được sử dụng làm muối lithium và trimethyl phosphate TMP chống cháy thông thường đã được thêm vào chất điện phân, giúp cải thiện đáng kể độ ổn định nhiệt của pin lithium ion.Hơn nữa, việc bổ sung chất chống cháy không ảnh hưởng đến hiệu suất chu kỳ của pin lithium ion.Chất điện phân có thể được sử dụng trong hơn 1000 chu kỳ (1200 C/5 chu kỳ, duy trì công suất 95%).
Đặc tính chống cháy của pin lithium ion thông qua chất phụ gia là một trong những cách cảnh báo pin lithium ion nóng ngoài tầm kiểm soát.Một số người cũng tìm ra một cách mới để cố gắng cảnh báo hiện tượng đoản mạch ở pin lithium ion do ngoại lực gây ra từ gốc, nhằm đạt được mục đích loại bỏ đáy và loại bỏ hoàn toàn hiện tượng nóng ngoài tầm kiểm soát.Trước tác động mạnh mẽ có thể xảy ra của pin lithium ion đang được sử dụng, GabrielM.Veith từ Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge ở Hoa Kỳ đã thiết kế một chất điện phân có đặc tính làm dày lực cắt [4].Chất điện phân này sử dụng các tính chất của chất lỏng phi Newton.Ở trạng thái bình thường, chất điện phân là chất lỏng.Tuy nhiên, khi gặp phải một tác động bất ngờ, nó sẽ thể hiện trạng thái rắn, trở nên cực kỳ mạnh mẽ và thậm chí có thể đạt được hiệu quả chống đạn.Từ gốc, nó cảnh báo nguy cơ thoát nhiệt do chập mạch trong pin khi nguồn điện của pin lithium ion va chạm.
2. Cấu trúc pin
Tiếp theo, chúng ta hãy xem cách đặt phanh khi thoát nhiệt khỏi mức pin.Hiện nay, vấn đề thoát nhiệt đã được xem xét trong thiết kế cấu trúc của pin lithium ion.Ví dụ, thường có một van giảm áp ở nắp trên của pin 18650, van này có thể giải phóng kịp thời áp suất quá mức bên trong pin khi hết nhiệt.Thứ hai, sẽ có vật liệu có hệ số nhiệt độ dương PTC trong nắp pin.Khi nhiệt độ thoát nhiệt tăng lên, điện trở của vật liệu PTC sẽ tăng lên đáng kể để giảm dòng điện và giảm sinh nhiệt.Ngoài ra, trong thiết kế cấu trúc của pin đơn cũng cần quan tâm đến thiết kế chống đoản mạch giữa cực dương và cực âm, cảnh báo khi vận hành sai, cặn kim loại và các yếu tố khác dẫn đến đoản mạch pin, gây ra tai nạn an toàn.
Khi thiết kế thứ hai trong pin, phải sử dụng màng ngăn càng an toàn hơn, chẳng hạn như màng ngăn tự động đóng lỗ của hỗn hợp ba lớp ở nhiệt độ cao, nhưng trong những năm gần đây, với sự cải thiện về mật độ năng lượng của pin, màng ngăn mỏng theo xu hướng Màng ngăn composite ba lớp đã dần trở nên lỗi thời, được thay thế bằng lớp phủ gốm của màng ngăn, lớp phủ gốm để hỗ trợ màng ngăn, giảm sự co lại của màng ngăn ở nhiệt độ cao, Cải thiện độ ổn định nhiệt của pin lithium ion và giảm nguy cơ sự thoát nhiệt của pin lithium ion.
3. Thiết kế an toàn nhiệt bộ pin
Trong sử dụng, pin lithium ion thường được cấu tạo từ hàng chục, hàng trăm thậm chí hàng nghìn pin thông qua kết nối nối tiếp và song song.Ví dụ: bộ pin của Tesla ModelS bao gồm hơn 7.000 pin 18650.Nếu một trong các viên pin mất khả năng kiểm soát nhiệt, nó có thể lan rộng trong bộ pin và gây ra hậu quả nghiêm trọng.Ví dụ, vào tháng 1 năm 2013, pin lithium ion Boeing 787 của một công ty Nhật Bản bốc cháy ở Boston, Hoa Kỳ.Theo điều tra của Ủy ban An toàn Giao thông Quốc gia, một viên pin lithium ion vuông 75Ah trong bộ pin đã gây ra sự thoát nhiệt của các pin liền kề.Sau sự cố, Boeing yêu cầu tất cả các bộ pin phải được trang bị các biện pháp mới để ngăn chặn sự lan truyền nhiệt không kiểm soát được.
Để ngăn chặn sự thoát nhiệt lan rộng bên trong pin lithium ion, AllcellTechnology đã phát triển vật liệu cách ly nhiệt PCC cho pin lithium ion dựa trên vật liệu thay đổi pha [5].Vật liệu PCC được lấp đầy giữa pin lithium ion monome, trong trường hợp bộ pin lithium ion hoạt động bình thường, bộ pin dưới nhiệt có thể được truyền nhanh qua vật liệu PCC ra bên ngoài bộ pin, khi nhiệt thoát ra trong ion lithium Pin, vật liệu PCC bằng cách nung chảy sáp parafin bên trong sẽ hấp thụ rất nhiều nhiệt, ngăn nhiệt độ pin tăng thêm, do đó cảnh báo nhiệt ngoài tầm kiểm soát trong quá trình khuếch tán bên trong bộ pin.Trong thử nghiệm pinprick, sự thoát nhiệt của một pin trong bộ pin gồm 4 và 10 chuỗi pin 18650 mà không sử dụng vật liệu PCC cuối cùng đã gây ra sự thoát nhiệt của 20 pin trong bộ pin, trong khi sự thoát nhiệt của một pin. pin trong bộ pin làm bằng vật liệu PCC không gây ra hiện tượng thoát nhiệt như các bộ pin khác.
Thời gian đăng: 25-02-2022