¿Cómo diseñar baterías de iones de litio inteligentes y adaptables en diferentes entornos?

Con la popularidad de las baterías de iones de litio en el mercado mundial, cada año se producen miles de millones de baterías de iones de litio que llegan a las manos de los consumidores. Las baterías de iones de litio brindan una gran comodidad a nuestras vidas, pero también esconden muchos problemas de seguridad. En los últimos años, con el desarrollo de la ola de inteligencia, se han desarrollado cada vez más equipos en la dirección de la inteligencia, como televisores, parlantes, automóviles, etc. Pueden mejorarse constantemente y darse cuenta de la autoevolución de acuerdo con el entorno y Hábitos de uso del usuario. Mejora la experiencia del usuario.

Para las baterías de iones de litio, se pueden probar diferentes entornos de uso durante el uso, y algunos escenarios de uso pueden plantear mayores desafíos para las baterías de iones de litio. Esperamos que las baterías de iones de litio puedan ser más inteligentes y puedan ajustar la estrategia de uso de las baterías de iones de litio de acuerdo con el entorno operativo. Por un lado, garantiza la seguridad de las baterías de iones de litio y, por otro, puede garantizar el rendimiento y la vida útil de las baterías de iones de litio.

Autoprotección inteligente

La autoprotección de las celdas de iones de litio es la función más básica de las celdas de iones de litio. En la actualidad, el sistema BMS de baterías de iones de litio básicamente puede lograr funciones como protección de temperatura y protección de corriente, pero todo esto es protección a nivel del sistema. El diseño inteligente de las baterías de iones de litio puede lograr la autoprotección de la capa de la batería de iones de litio, como agregar electrodos de inducción adicionales a la batería, aumentar los materiales inteligentes de retroalimentación de temperatura y agregar algunas estructuras y materiales inteligentes a la batería de iones de litio. Así se puede realizar el diseño inteligente de la batería de iones de litio.

1, diseño anti-cortocircuito

El cortocircuito interno es un problema grave que afecta la seguridad de las baterías de iones de litio. El cortocircuito en las baterías de iones de litio causado por dendritas de litio y el exceso de materiales a menudo causa serios problemas de seguridad.

Para resolver el accidente de cortocircuito interno causado por el crecimiento de las dendritas de litio, se han diseñado varios métodos para monitorear el crecimiento de las dendritas de litio dentro de la batería de iones de litio. Por ejemplo, Wu et al. diseñó una membrana multifuncional que incorpora una capa de metal en medio de una membrana de polímero convencional. Esta capa de metal actúa como un detector de dendrita de litio al monitorear la relación entre el metal y el electrodo negativo. La diferencia de voltaje puede realizar la monitorización de las dendritas de litio, de modo que el diafragma conserva la función del diafragma tradicional y también realiza la monitorización de las dendritas de litio. El diafragma multifuncional compuesto de tres capas KaiLiu de la Universidad de Stanford se caracteriza por la adición de SiO2 a la capa media del diafragma. Cuando la dendrita de litio crece hasta cierto punto, cuando se perfora la membrana, el SiO2 reacciona con el litio metálico para consumir las dendritas de litio. Para evitar un mayor crecimiento de dendritas de litio.

2, inteligente para evitar el sobrecalentamiento de la batería de iones de litio

Si la batería de iones de litio se sobrecalienta (como un calentamiento externo, un cortocircuito de calor de liberación automática, etc.), hará que el diafragma se contraiga, provocando un cortocircuito de los polos positivo y negativo, lo que provocará una fuga térmica. . El diafragma compuesto tradicional PP-PE-PP puede cerrar automáticamente el orificio a una temperatura más baja, cortando así las reacciones positivas y negativas y logrando el efecto de inhibir el sobrecalentamiento de la batería. Sin embargo, si la temperatura es demasiado alta, la capa de PP también se contrae. Este diafragma compuesto de tres capas también falló.

Para resolver el problema de seguridad de las baterías de iones de litio con sobrecalentamiento, Yim et al. diseñó un material aditivo electrolítico que puede proteger la seguridad de las baterías de iones de litio bajo sobrecalentamiento. Todos sabemos que el retardante de llama electrolítico general tendrá un impacto grave en el rendimiento de las baterías de iones de litio, por lo que es difícil de aplicar en la práctica. El Yim et al. Los retardantes de llama están contenidos en pequeñas cápsulas independientes. Los materiales de la pared exterior de estas cápsulas son muy estables en el electrolito, por lo que en condiciones normales no habrá ningún efecto sobre el rendimiento de las baterías de iones de litio. Cuando la temperatura supera los 70 grados Celsius, bajo la acción de la presión del vapor del DMTP retardante de llama, la ruptura de la carcasa hace que el retardante de llama se libere en el electrolito, lo que resulta en una fuerte disminución de la conductividad del electrolito y evita más reacción en la batería.

La protección de las baterías de iones de litio en el método anterior es de una sola vez, es decir, una vez que se activa el mecanismo de protección, toda la batería fallará. Para resolver los problemas anteriores, Yang et al. diseñó una medida de protección que se puede activar varias veces. El método se caracteriza por el uso de un electrolito inteligente que puede revertir la transformación sol-gel bajo la influencia de la temperatura. Este electrolito se compone principalmente de PNIPAM / AM. Cuando la temperatura excede la temperatura de transición, PNIPAM cambiará de hidrófilo a hidrófobo, lo que inhibirá en gran medida la propagación de iones en él. Lo importante es que la reacción es completamente reversible cuando se reduce la temperatura, por lo que se puede lograr una protección múltiple de la batería. Esta tecnología se puede aplicar al supercondensador de agua para proteger la seguridad del condensador.

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