ฉันสามารถปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ได้ด้วยวิธีใด?

Forfatter: Iflowpower – Fournisseur de centrales électriques portables

1. ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมอิเล็กโทรไลต์ที่ปลอดภัยในปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้คาร์บอเนตเป็นตัวทำละลายซึ่งคาร์บอเนตเชิงเส้นสามารถปรับปรุงความจุในการชาร์จและการปล่อยประจุของแบตเตอรี่ได้ แต่จุดวาบไฟจะต่ำที่อุณหภูมิต่ำกว่า จะเกิดการวาบไฟและตัวทำละลายฟลูออโรโดยทั่วไปจะมีจุดวาบไฟที่สูงกว่าหรือไม่มีวาบไฟ ดังนั้นจึงใช้ตัวทำละลายฟลูออโรเพื่อระงับการเผาไหม้ของอิเล็กโทรไลต์ ตัวทำละลายฟลูออไรด์ที่กำลังศึกษาในปัจจุบัน ได้แก่ ฟลูออโรเอตและฟลูออโรเอทิลอีเธอร์

สารอิเล็กโทรไลต์หน่วงการติดไฟเป็นสารอิเล็กโทรไลต์ที่มีหน้าที่ในการหน่วงการติดไฟ โดยโดยทั่วไปแล้วสารอิเล็กโทรไลต์ดังกล่าวจะได้มาโดยการเติมสารเติมแต่งหน่วงการติดไฟลงในสารอิเล็กโทรไลต์ทั่วไป ปัจจุบันสารอิเล็กโทรไลต์หน่วงการติดไฟกำลังแก้ไขปัญหาที่ประหยัดและมีประสิทธิผลมากที่สุดสำหรับความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคอุตสาหกรรม การใช้สารอิเล็กโทรไลต์ของแข็งแทนสารอิเล็กโทรไลต์ของเหลวอินทรีย์ช่วยเพิ่มความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

อิเล็กโทรไลต์ของแข็งได้แก่อิเล็กโทรไลต์ของแข็งโพลิเมอร์และอิเล็กโทรไลต์ของแข็งอนินทรีย์ พอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ โดยเฉพาะพอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ชนิดเจล ได้รับการผลิตขึ้นมาเป็นส่วนใหญ่ในแบตเตอรี่ลิเธียมเชิงพาณิชย์ แต่จริงๆ แล้ว พอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ชนิดเจลเป็นพอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์แบบแห้งและอิเล็กโทรไลต์ของเหลวที่ประนีประนอมกัน ส่งผลให้การปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่มีจำกัดมาก

เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์ของพอลิเมอไรเซชันแบบแห้งนั้น ไม่เหมือนอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ชนิดเจล จึงมีความปลอดภัยที่ดีกว่าในแง่ของการรั่วไหล แรงดันไอ และการเผาไหม้ ในปัจจุบัน อิเล็กโทรไลต์รวมในปัจจุบันไม่ตรงตามข้อกำหนดการใช้งานของแบตเตอรี่โพลีเมอร์ลิเธียม และคาดว่าจะมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อนำไปใช้กับแบตเตอรี่สำรองโพลีเมอร์ลิเธียมอย่างแพร่หลาย อิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ที่เกี่ยวข้องกับเฟส อิเล็กโทรไลต์ของแข็งอนินทรีย์มีความปลอดภัยที่ดีกว่า ไม่มีการระเหย ไม่มีการเผาไหม้ ไม่มีปัญหาการรั่วไหลอีกต่อไป

นอกจากนี้ ความแข็งแรงเชิงกลของอิเล็กโทรไลต์ของแข็งอนินทรีย์ยังสูง อุณหภูมิทนความร้อนสูงกว่าอิเล็กโทรไลต์ของเหลวและโพลีเมอร์อินทรีย์อย่างเห็นได้ชัด ทำให้ช่วงอุณหภูมิในการทำงานของแบตเตอรี่ขยายกว้างขึ้น วัสดุอนินทรีย์ถูกสร้างเป็นฟิล์ม ซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมมีขนาดเล็กลง และแบตเตอรี่ประเภทนี้มีอายุการเก็บรักษาที่ยาวนานเป็นพิเศษ ช่วยขยายขอบเขตการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีอยู่ได้อย่างมาก 2. ปัญหาเรื่องความปลอดภัยในการปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุอิเล็กโทรดนั้นเกิดขึ้นโดยตรงจากอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ปลอดภัย แต่จากสาเหตุหลักนั้นก็เป็นเพราะแบตเตอรี่เองไม่สูง จึงทำให้เกิดภาวะความร้อนเกินการควบคุม

นอกเหนือจากเสถียรภาพทางความร้อนของอิเล็กโทรไลต์แล้ว เสถียรภาพทางความร้อนของอิเล็กโทรไลต์ยังเป็นหนึ่งในเหตุผลที่สำคัญที่สุดอีกด้วย ดังนั้น เสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุอิเล็กโทรดจึงถือเป็นส่วนสำคัญในการปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ แต่อิเล็กโทรดที่กล่าวถึงที่นี่ เสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุไม่ได้รวมถึงเสถียรภาพทางความร้อนของตัวมันเองเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุอิเล็กโทรไลต์ด้วย โดยทั่วไปแล้ว เสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบจะถูกกำหนดโดยกิจกรรมของโครงสร้างวัสดุและอิเล็กโทรดเชิงลบที่ชาร์จ ในส่วนของวัสดุคาร์บอน วัสดุคาร์บอนทรงกลม เช่น ไมโครสเฟียร์คาร์บอนระดับกลาง (MCMB) มีอัตราส่วนที่ต่ำกว่า แพลตฟอร์มการชาร์จและการคายประจุที่สูงกว่า จึงมีสถานะการชาร์จที่เล็กกว่า และมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ค่อนข้างเปรียบเทียบกัน

ดีมาก มีความปลอดภัยสูง โครงสร้าง Li4Ti5O12 ของสปิเนลนั้นดีกว่าเสถียรภาพของโครงสร้างของกราไฟท์แบบแผ่น และแพลตฟอร์มการชาร์จและการคายประจุก็สูงกว่ามาก ดังนั้นจึงมีเสถียรภาพทางความร้อนดีกว่าและมีความปลอดภัยสูงกว่า ดังนั้น จึงมักใช้ MCMB หรือ Li4Ti5o12 ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบใช้พลังงานตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัย เพื่อทดแทนกราไฟท์ธรรมดาเป็นอิเล็กโทรดลบ

นอกเหนือจากวัสดุเองแล้ว เสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุอิเล็กโทรดลบยังมีความกังวลเกี่ยวกับเสถียรภาพทางความร้อนของเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง (SEI) ของอินเทอร์เฟซอิเล็กโทรไลต์ลบของอินเทอร์เฟซอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งมักใช้กับวัสดุชนิดเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งกราไฟต์ คิดว่าเป็นก้าวแรกของการเกิดขึ้นของการสูญเสียความร้อน มีวิธีสำคัญสองวิธีในการปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนของฟิล์ม SEI วิธีหนึ่งคือการเคลือบผิวของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ เช่น การเคลือบชั้นถ่านอสัณฐานหรือโลหะบนพื้นผิวของกราไฟต์ อีกวิธีหนึ่งคือการเติมสารเติมแต่งที่สร้างฟิล์มในอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่ ในระหว่างกระบวนการเปิดใช้งาน สารเติมแต่งเหล่านี้จะสร้างฟิล์ม SEI ที่มีเสถียรภาพของวัสดุอิเล็กโทรด ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการได้รับเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีขึ้น