Progrès dans la technologie de sécurité pour les batteries de puissance au lithium-ion

Les méthodes traditionnelles telles que la conception et la fabrication de blocs d'alimentation au lithium ionique, les dispositifs de limitation de courant PTC, les soupapes de sécurité de pression, les diaphragmes thermiquement fermés et l'amélioration de la stabilité thermique des matériaux de la batterie ont des limites et ne peuvent que réduire la probabilité que la batterie au lithium-ion ne soit pas sûre. comportement dans une mesure limitée. Pour construire un système de prévention de sécurité d'auto-excitation de bloc d'alimentation au lithium ionique, de nouvelles technologies pour éviter les courts-circuits, les surcharges, l'emballement thermique, la combustion et l'électrolyte non combustible doivent être explorées.

Ⅰ. Protection interne contre les courts-circuits dans les blocs d'alimentation au lithium ionique

Le diaphragme en céramique et la couche de résistance à la chaleur négative sont des exemples de revêtements protecteurs.

Ⅱ. Technique de surcharge pour les blocs d'alimentation au lithium anti-ion

1. Le couple électrique redox additif R est oxydé en O à l'électrode positive lorsque la batterie au lithium ionique est surchargée, puis O se diffuse vers l'électrode négative et est réduit en R. La tension de charge est maintenue à un niveau sûr par ce cycle interne, qui empêche également la dégradation de l'électrolyte et d'autres réactions d'électrode.

2. Les composés de diméthoxybenzène ont une capacité de blocage de tension constante inférieure à 0,5 C en raison d'une solubilité limitée ; Les blocs d'alimentation au lithium ionique ont une autodécharge importante. La structure moléculaire de Shuttle nécessite plus d'investigations.

3. La prévention réversible des surcharges résout non seulement le problème de surcharge de la batterie, mais contribue également à l'équilibre de capacité de chaque cellule individuelle dans une batterie au lithium, réduisant les besoins de cohérence de la batterie tout en prolongeant la durée de vie de la batterie.

4. Membrane sensible à la tension pour piles au lithium rechargeables. Dans la plage normale de tension de charge et de décharge, la partie diaphragme du microporeux rempli d'un polymère électroactif est isolée, ne permettant que la conduction ionique ; lorsque la tension de charge atteint une valeur contrôlée, le polymère est oxydé et dopé pour devenir conducteur électronique, formant un pont conducteur polymère entre les électrodes positive et négative, empêchant la dérivation du courant de charge, bloc d'alimentation au lithium ionique.

Ⅲ. Technologie de prévention de l'emballement thermique du bloc d'alimentation au lithium ionique

1. électrode sensible à la température pour blocs d'alimentation au lithium ionique (électrode PTC). Lorsque la température s'élève jusqu'à la température de conversion de Curie du complexe, la matrice polymère se dilate, conducteur le noir de carbone hors de contact, et le matériau composite présente une conductivité électronique élevée ; lorsque la température s'élève jusqu'à la température de conversion de Curie du complexe, la matrice polymère se dilate, le noir de carbone conducteur n'est plus en contact, et le complexe perd sa conductivité électronique. La conductivité électrique diminue rapidement.

(1) À des températures élevées, la résistance du revêtement PTC, qui est intégré entre le collecteur d'électrode PTC et le revêtement d'activateur d'électrode, augmente fortement, coupant le transfert de courant, mettant fin à la réaction de la batterie et empêchant l'emballement thermique du bloc d'alimentation au lithium-ion, ce qui entraîne des problèmes de sécurité.

(2) Par exemple, les résultats des tests révèlent que le cobaltate de lithium PTC (LiCoO₂) l'électrode a un excellent effet de blocage thermique auto-excité à des températures élevées de 80 120 °C, ce qui peut protéger les blocs d'alimentation au lithium ionique des problèmes de sécurité causés par une surcharge et un court-circuit externe.

(3) Les courts-circuits internes, en revanche, rendent l'électrode PTC inutile. De plus, les propriétés de réponse en température du matériau polymère PTC doivent être améliorées.

2. Électrodes thermiquement fermées dans un bloc d'alimentation au lithium ionique. Sur la surface de l'électrode ou du diaphragme, une couche de substance thermosoluble nano-sphérique est modifiée. Lorsque la température atteint la température de fusion du matériau sphérique, les sphères fondent en un film dense, coupant le transport des ions et mettant potentiellement fin à la réaction de la batterie ; lorsque la température atteint la température de fusion du matériau sphérique, les sphères fondent en un film dense, coupant le transport des ions et mettant potentiellement fin à la réaction de la batterie.

3. Bloc d'alimentation au lithium-ion qui a été durci thermiquement. Un monomère capable de polymérisation thermique est introduit dans l'électrolyte. Lorsque la température augmente, une polymérisation se produit, durcissant l'électrolyte et arrêtant le transit des ions, mettant ainsi fin au fonctionnement du bloc d'alimentation au lithium ionique. Des expériences ont démontré que les ajouts d'électrolytes BMI n'ont aucun effet sur la charge et la décharge de la batterie et que l'IMC peut entraver la charge et la décharge de la batterie à des températures élevées.

Ⅳ. Un électrolyte ininflammable empêche le bloc d'alimentation au lithium-ion de prendre feu

L'ester phosphate organique est un composé ignifuge à haute solubilité dans le sel électrolytique. Par exemple, le DMMP (phosphate de diméthoxyméthyle) a une faible viscosité (cP 1,75 à 25°C), un point de fusion bas et une température d'ébullition élevée (-50 à 181°C), un retard de flamme important (teneur en P : 25% ), et solubilité élevée du sel de lithium.

Dans la pratique, cependant, les solvants ignifuges des blocs d'alimentation au lithium ionique présentent les problèmes suivants : mauvaise correspondance avec l'électrode négative et faible efficacité coulombienne lors de la charge et de la décharge de la batterie. En conséquence, les bons ingrédients filmogènes doivent être découverts.