Fortschritte in der Sicherheitstechnik für Lithium-Ionen-Power-Batterien

Herkömmliche Methoden wie das Sicherheitsdesign und die Herstellung von Ionen-Lithium-Akkus, PTC-Strombegrenzungsvorrichtungen, Drucksicherheitsventile, thermisch geschlossene Membranen und die Verbesserung der thermischen Stabilität von Batteriematerialien haben Einschränkungen und können nur die Wahrscheinlichkeit einer unsicheren Lithium-Ionen-Batterie verringern Verhalten in begrenztem Umfang. Um ein Selbsterregungs-Sicherheitssystem für Ionen-Lithium-Akkus zu bauen, sollten neue Technologien zur Vermeidung von Kurzschlüssen, Überladung, thermischem Durchgehen, Verbrennung und nicht brennbarem Elektrolyt erforscht werden.

Ⅰ. Interner Kurzschlussschutz in Ionen-Lithium-Akkus

Keramische Membrane und negative Hitzebeständigkeitsschichten sind Beispiele für Schutzbeschichtungen.

Ⅱ. Überladetechnik für Anti-Ionen-Lithium-Akkus

1. Das additive Redox-Elektropaar R wird an der positiven Elektrode zu O oxidiert, wenn der Ionen-Lithium-Akkupack überladen wird, und anschließend diffundiert O zur negativen Elektrode und wird zu R reduziert. Die Ladespannung wird durch diesen internen Kreislauf auf einem sicheren Niveau gehalten, was auch Elektrolytzerfall und andere Elektrodenreaktionen verhindert.

2. Dimethoxybenzolverbindungen haben aufgrund ihrer begrenzten Löslichkeit eine konstante Spannungsklemmkapazität von weniger als 0,5 C; Ionen-Lithium-Akkus haben eine erhebliche Selbstentladung. Die Molekularstruktur des Shuttles erfordert weitere Untersuchungen.

3. Der umkehrbare Überladungsschutz löst nicht nur das Überladungsproblem der Batterie, sondern trägt auch zum Kapazitätsgleichgewicht jeder einzelnen Zelle in einem Lithium-Batteriepack bei, wodurch die Anforderungen an die Batteriekonsistenz gesenkt und gleichzeitig die Batterielebensdauer verlängert wird.

4. Spannungsempfindliche Membran für wiederaufladbare Lithiumbatterien. Im normalen Lade- und Entladespannungsbereich ist der mit einem elektroaktiven Polymer gefüllte Membranteil des mikroporösen Materials isoliert, was nur eine Ionenleitung zulässt; Wenn die Ladespannung einen kontrollierten Wert erreicht, wird das Polymer oxidiert und dotiert, um elektronisch leitfähig zu werden, wodurch eine leitende Polymerbrücke zwischen der positiven und der negativen Elektrode gebildet wird, wodurch die Umgehung des Ladestroms verhindert wird, Ionen-Lithium-Netzteil.

Ⅲ. Ionen-Lithium-Akku-Thermo-Runaway-Prevention-Technologie

1. temperaturempfindliche Elektrode für Ionen-Lithium-Akkus (PTC-Elektrode). Wenn die Temperatur auf die Curie-Umwandlungstemperatur des Komplexes ansteigt, dehnt sich die Polymermatrix aus, leitfähiger Ruß kommt nicht mehr in Kontakt, und das Verbundmaterial hat eine hohe elektronische Leitfähigkeit; Wenn die Temperatur auf die Curie-Umwandlungstemperatur des Komplexes ansteigt, dehnt sich die Polymermatrix aus, leitfähiger Ruß wird außer Kontakt gebracht, und der Komplex verliert seine elektronische Leitfähigkeit. Die elektrische Leitfähigkeit nimmt schnell ab.

(1) Bei hohen Temperaturen steigt der Widerstand der PTC-Beschichtung, die zwischen dem PTC-Elektrodenkollektor und der Elektrodenaktivatorbeschichtung eingebettet ist, stark an, wodurch die Stromübertragung unterbrochen, die Batteriereaktion beendet und ein thermisches Durchgehen der Batterie verhindert wird Ionen-Lithium-Akku, was zu Sicherheitsproblemen führt.

(2) Beispielsweise zeigen Testergebnisse, dass das PTC-Lithiumkobaltat (LiCoO₂)-Elektrode hat einen hervorragenden selbsterregten thermischen Sperreffekt bei hohen Temperaturen von 80120 °C, der Ionen-Lithium-Akkus vor Sicherheitsproblemen durch Überladung und externen Kurzschluss schützen kann.

(3) Interne Kurzschlüsse hingegen machen die PTC-Elektrode unbrauchbar. Außerdem müssen die Temperaturreaktionseigenschaften des Polymer-PTC-Materials verbessert werden.

2. Thermisch geschlossene Elektroden in einem Ionen-Lithium-Netzteil. Auf der Oberfläche der Elektrode oder des Diaphragmas wird eine Schicht einer nanosphärischen thermolöslichen Substanz verändert. Wenn die Temperatur auf die Schmelztemperatur des kugelförmigen Materials ansteigt, schmelzen die Kugeln zu einem dichten Film, wodurch der Ionentransport unterbrochen und möglicherweise die Batteriereaktion beendet wird; Wenn die Temperatur auf die Schmelztemperatur des kugelförmigen Materials ansteigt, schmelzen die Kugeln zu einem dichten Film, wodurch der Ionentransport unterbrochen und möglicherweise die Batteriereaktion beendet wird.

3. Thermisch ausgehärtetes Lithium-Ionen-Netzteil. Dem Elektrolyten wird ein zur Wärmepolymerisation befähigtes Monomer zugeführt. Wenn die Temperatur ansteigt, findet eine Polymerisation statt, die den Elektrolyten aushärtet und den Ionendurchgang unterbricht, wodurch der Betrieb des Ionen-Lithium-Akkus beendet wird. Experimente haben gezeigt, dass BMI-Elektrolytzusätze keine Auswirkung auf das Laden und Entladen von Batterien haben und dass BMI das Laden und Entladen von Batterien bei hohen Temperaturen behindern kann.

Ⅳ. Ein nicht brennbarer Elektrolyt verhindert, dass der Ionen-Lithium-Akku Feuer fängt

Organischer Phosphatester ist eine flammhemmende Verbindung mit hoher Löslichkeit in Elektrolytsalz. Zum Beispiel hat DMMP (Dimethoxymethylphosphat) eine niedrige Viskosität (cP 1,75 bei 25 °C), einen niedrigen Schmelzpunkt und eine hohe Siedetemperatur (–50 bis 181 °C), eine signifikante Flammhemmung (P-Gehalt: 25 % ) und hohe Lithiumsalzlöslichkeit.

In der Praxis haben flammhemmende Lösungsmittel für Ionen-Lithium-Akkus jedoch die folgenden Probleme: schlechte Anpassung an die negative Elektrode und niedrige Coulomb-Effizienz beim Laden und Entladen der Batterie. Daher müssen die richtigen filmbildenden Inhaltsstoffe gefunden werden.