1.电解液阻燃剂 电解液阻燃剂是一种十分有效的减少电池热失控危险的方法,然而这些阻燃剂往往会对锂离子电池的电化学机能产生重大的影响,因此难以在实际中利用。为理解决这一问题,美国加州大学圣迭戈分校的Yu Qiao团队【1】采取胶囊封装的方法将阻燃剂DBA(二苄胺)贮存在微型胶囊的内部,疏散在电解液中,在平时不会对锂离子电池的电机能产生影响,然而当电池受到挤压等外力破坏时,这些胶囊中的阻燃剂就会开释出来,对电池进行 ;毒化 ;引起电池生效,从而避免热失控的产生。2018年Yu Qiao团队【2】再次利用了上述技巧,采取了乙二醇跟乙二胺作为阻燃剂,封装后装入锂离子电池内部使得锂离子电池在针刺实验中温度降落了70%,明显降落了锂离子电池热失控的危险。 上面提到的方法都是自毁式的,也就是说该阻燃剂一旦产生作用,全部锂离子电池就要报废了,而日本东京大学的Atsuo Yamada团队【3】开发了一种不会影响锂离子电池机能的阻燃电解液,该电解液采取了高浓度的NaN(SO2F)2(NaFSA) or LiN(SO2F)2(LiFSA)作为锂盐,同时向其中增加了常见的阻燃剂磷酸三甲酯TMP,明显进步了锂离子电池的热牢固性,更厉害的是阻燃剂的增加并错误锂离子电池轮回机能产生影响,采取该电解液的电池可能牢固轮回1000次以上(C/5轮回1200次,容量坚持率95%)。 通过增加剂使得锂离子电池存在阻燃特点是避免锂离子电池产生热失控的其中一种途径,也有人另辟蹊径,试图从本源上避免外力导致的锂离子电池内短路的产生,从而达到釜底抽薪的目标,杜绝热失控的产生。针对能源电池在利用中可能面临暴力冲击的情况,美国橡树岭国度实验室的Gabriel M. Veith设计了一种存在剪切增稠特点的电解液【4】,该电解液利用了非牛顿流体的特点,在畸形状况下,电解液显现的是液体状况,然而在遭受忽然的冲击时则会显现固体状况,变得异样坚固,甚至可能达到防弹的后果,从本源上避免了在能源电池产生碰撞时电池内短路导致热失控的危险。 2.电池结构 接下咱们来从电池单体层面上看看如何给热失控踩下刹车,目前锂离子电池在结构设计中都对热失控的问题进行了考虑,例如在18650电池的上盖中个别都会有泄压阀,在热失控时可能及时将电池内部过高的压力进行开释,其次电池上盖中会有正温度系数资料PTC,在热失控温度回升时PTC资料的电阻明显增大,以减少电流减少产热。此外,在单体电池结构设计时还须要考虑正负之间的防短路设计,避免因为误操作、金属多余物等因素导致电池产生外短路,引起保险事变。 其次在电芯设计时,须要采取更加保险的隔阂,例如在高温下主动闭孔的三层复合隔阂,然而近年来随着电池能量密度的一直晋升、隔阂薄型化的趋势下三层复合隔阂已经逐步被淘汰,取而代之的陶瓷涂层隔阂,陶瓷涂层可能对隔阂起到支撑作用,减少隔阂在高温下的紧缩,进步锂离子电池的热牢固性,减少锂离子电池产生热失控的危险。 3.电池组热保险设计 能源电池在利用中往往都是由数十只、数百只甚至是数千只电池通过串并联组成,例如特斯拉的Model S的电池组中就由多达7000只以上的18650组成,假如其中的一只电池产生热失控,就可能会在电池组内蔓延,引起重大的结果。例如,2013年1月产生在美国波士顿的一架日本航空公司的波音787客机锂离子电池起火事件,依据美国国度运输保险委员会的考察,就是因为电池组中的一只75Ah方形锂离子电池产生热失控后引发了相邻的电池热失控,这次事件后波音公司请求在所有的电池组上都要增加避免热失控扩散的办法。 为了避免热失控在锂离子电池内部蔓延,美国Allcell Technology公司开发了一款基于相变资料的锂离子电池热失控隔离资料PCC【5】。PCC资料填充在单体锂离子电池之间,在锂离子电池组畸形工作的情况下,电池组产生的热量可能通过PCC资料疾速传递到电池组外,在锂离子电池产生热失控时,PCC资料可能通过其内部的石蜡资料熔化接收大量的热量,禁止电池温度进一步回升,从而避免热失控在电池组内部扩散。在针刺实验中,一个由18650电池组成的4并10串的电池组,不利用PCC资料时,一只电池热失控引发了电池组中20只电池产生热失控,而采取PCC资料的电池组中,一只电池热失控并未引发其余电池组热失控。 锂离子电池热失控是咱们不乐意看到、力避免的锂离子电池保险事变,进步锂离子电池的保险性、避免热失控的产生须要从电池配方设计、结构设计跟电池组的热治理设计上多管齐下,进步锂离子电池热牢固性,减少热失控产生的可能性。