ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളുടെ തെർമൽ റൺവേ എങ്ങനെ നിയന്ത്രിക്കാം

1. ഇലക്ട്രോലൈറ്റിൻ്റെ ഫ്ലേം റിട്ടാർഡൻ്റ്

ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഫ്ലേം റിട്ടാർഡൻ്റുകൾ ബാറ്ററികളുടെ താപ റൺവേയുടെ അപകടസാധ്യത കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള വളരെ ഫലപ്രദമായ മാർഗമാണ്, എന്നാൽ ഈ ഫ്ലേം റിട്ടാർഡൻ്റുകൾ പലപ്പോഴും ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികളുടെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രകടനത്തെ ഗുരുതരമായി ബാധിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഇത് പ്രായോഗികമായി ഉപയോഗിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിനായി, കാലിഫോർണിയ, സാൻ ഡീഗോ, യുക്വിയോ ടീം [1] ക്യാപ്‌സ്യൂൾ പാക്കേജിംഗ് രീതി ഉപയോഗിച്ച് ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിൽ ചിതറിക്കിടക്കുന്ന മൈക്രോ ക്യാപ്‌സ്യൂളിൻ്റെ ഉള്ളിൽ സംഭരിച്ചിരിക്കുന്ന റിട്ടാർഡൻ്റ് DbA (dibenzyl amine) ജ്വലിപ്പിക്കും. സാധാരണ സമയം ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികളുടെ പ്രകടനത്തെ ബാധിക്കില്ല, പക്ഷേ പുറംതള്ളൽ പോലുള്ള ബാഹ്യശക്തിയാൽ കോശങ്ങൾ നശിപ്പിക്കപ്പെടുമ്പോൾ, ഈ ക്യാപ്‌സ്യൂളുകളിലെ ഫ്ലേം റിട്ടാർഡൻ്റുകൾ പിന്നീട് പുറത്തുവിടുകയും ബാറ്ററിയെ വിഷലിപ്തമാക്കുകയും അത് പരാജയപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു, അതുവഴി മുന്നറിയിപ്പ് നൽകുന്നു. തെർമൽ റൺവേയിലേക്ക്. 2018-ൽ, YuQiao യുടെ ടീം [2] മേൽപ്പറഞ്ഞ സാങ്കേതികവിദ്യ വീണ്ടും ഉപയോഗിച്ചു, എഥിലീൻ ഗ്ലൈക്കോളും എഥിലീനെഡിയാമൈനും ഫ്ലേം റിട്ടാർഡൻ്റുകളായി ഉപയോഗിച്ചു, അവ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററിയിൽ ഉൾപ്പെടുത്തി, ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററിയുടെ പരമാവധി താപനിലയിൽ 70% ഇടിവ് സംഭവിച്ചു. പിൻ പിൻ ടെസ്റ്റ്, ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററിയുടെ താപ നിയന്ത്രണത്തിൻ്റെ അപകടസാധ്യത ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നു.

മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച രീതികൾ സ്വയം നശിപ്പിക്കുന്നതാണ്, അതായത് ഫ്ലേം റിട്ടാർഡൻ്റ് ഒരിക്കൽ ഉപയോഗിച്ചാൽ, മുഴുവൻ ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററിയും നശിപ്പിക്കപ്പെടും. എന്നിരുന്നാലും, ജപ്പാനിലെ ടോക്കിയോ സർവ്വകലാശാലയിലെ AtsuoYamada യുടെ സംഘം [3] ഒരു ഫ്ലേം റിട്ടാർഡൻ്റ് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു, അത് ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ പ്രകടനത്തെ ബാധിക്കില്ല. ഈ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിൽ, ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയിലുള്ള NaN(SO2F)2(NaFSA)orLiN(SO2F)2(LiFSA) ലിഥിയം സാൾട്ടായി ഉപയോഗിച്ചു, കൂടാതെ ഇലക്‌ട്രോലൈറ്റിൽ ഒരു സാധാരണ ഫ്ലേം റിട്ടാർഡൻ്റ് ട്രൈമീഥൈൽ ഫോസ്ഫേറ്റ് TMP ചേർത്തു, ഇത് താപ സ്ഥിരതയെ ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തി. ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററി. എന്തിനധികം, ഫ്ലേം റിട്ടാർഡൻ്റ് ചേർക്കുന്നത് ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററിയുടെ സൈക്കിൾ പ്രകടനത്തെ ബാധിച്ചില്ല. 1000-ലധികം സൈക്കിളുകൾക്ക് ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ഉപയോഗിക്കാം (1200 C/5 സൈക്കിളുകൾ, 95% ശേഷി നിലനിർത്തൽ).

അഡിറ്റീവുകൾ വഴിയുള്ള ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളുടെ ഫ്ലേം റിട്ടാർഡൻ്റ് സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ, ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ നിയന്ത്രണാതീതമായി ചൂടാകുന്നതിന് മുന്നറിയിപ്പ് നൽകുന്നതിനുള്ള ഒരു മാർഗമാണ്. ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികളിൽ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ഉണ്ടാകുന്നത് റൂട്ടിൽ നിന്നുള്ള ബാഹ്യശക്തികൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന മുന്നറിയിപ്പ് നൽകാനും ചില ആളുകൾ ഒരു പുതിയ മാർഗം കണ്ടെത്തുന്നു, അങ്ങനെ അടിഭാഗം നീക്കം ചെയ്യാനും നിയന്ത്രണാതീതമായ ചൂട് ഉണ്ടാകുന്നത് പൂർണ്ണമായും ഇല്ലാതാക്കാനും കഴിയും. ഉപയോഗത്തിലുള്ള പവർ ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികളുടെ അക്രമാസക്തമായ ആഘാതം കണക്കിലെടുത്ത്, യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിലെ ഓക്ക് റിഡ്ജ് നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയിൽ നിന്നുള്ള ഗബ്രിയേൽ എം.വീത്ത്, കത്രിക കട്ടിയാക്കൽ ഗുണങ്ങളുള്ള ഒരു ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു [4]. ഈ ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ന്യൂട്ടോണിയൻ ഇതര ദ്രാവകങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. സാധാരണ അവസ്ഥയിൽ, ഇലക്ട്രോലൈറ്റ് ദ്രാവകമാണ്. എന്നിരുന്നാലും, പെട്ടെന്നുള്ള ആഘാതത്തെ അഭിമുഖീകരിക്കുമ്പോൾ, അത് ഒരു ദൃഢമായ അവസ്ഥ അവതരിപ്പിക്കും, അത്യന്തം ശക്തമാകും, കൂടാതെ ബുള്ളറ്റ് പ്രൂഫ് പ്രഭാവം പോലും കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. പവർ ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററി കൂട്ടിയിടിക്കുമ്പോൾ ബാറ്ററിയിലെ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് മൂലമുണ്ടാകുന്ന തെർമൽ റൺവേയുടെ അപകടസാധ്യത റൂട്ടിൽ നിന്ന് മുന്നറിയിപ്പ് നൽകുന്നു.

2. ബാറ്ററി ഘടന

അടുത്തതായി, ബാറ്ററി സെല്ലുകളുടെ തലത്തിൽ നിന്ന് തെർമൽ റൺവേയിൽ ബ്രേക്കുകൾ എങ്ങനെ സ്ഥാപിക്കാമെന്ന് നോക്കാം. നിലവിൽ, ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികളുടെ ഘടനാപരമായ രൂപകൽപ്പനയിൽ തെർമൽ റൺവേയുടെ പ്രശ്നം പരിഗണിക്കപ്പെടുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, 18650 ബാറ്ററിയുടെ മുകളിലെ കവറിൽ സാധാരണയായി ഒരു പ്രഷർ റിലീഫ് വാൽവ് ഉണ്ട്, ഇത് തെർമൽ റൺവേയിൽ ബാറ്ററിക്കുള്ളിലെ അമിതമായ മർദ്ദം സമയബന്ധിതമായി പുറത്തുവിടും. രണ്ടാമതായി, ബാറ്ററി കവറിൽ പോസിറ്റീവ് ടെമ്പറേച്ചർ കോഫിഫിഷ്യൻ്റ് മെറ്റീരിയൽ PTC ഉണ്ടായിരിക്കും. തെർമൽ റൺവേ താപനില ഉയരുമ്പോൾ, വൈദ്യുതധാര കുറയ്ക്കുന്നതിനും താപ ഉൽപാദനം കുറയ്ക്കുന്നതിനും PTC മെറ്റീരിയലിൻ്റെ പ്രതിരോധം ഗണ്യമായി വർദ്ധിക്കും. കൂടാതെ, സിംഗിൾ ബാറ്ററിയുടെ ഘടനയുടെ രൂപകൽപ്പനയിൽ പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ധ്രുവങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള ആൻ്റി-ഷോർട്ട്-സർക്യൂട്ട് ഡിസൈൻ, തെറ്റായ പ്രവർത്തനം, ലോഹ അവശിഷ്ടങ്ങൾ, ബാറ്ററി ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ടിന് കാരണമാകുന്ന മറ്റ് ഘടകങ്ങൾ എന്നിവയും സുരക്ഷാ അപകടങ്ങൾക്ക് കാരണമാകുന്നു.

ബാറ്ററികളിൽ രണ്ടാമത്തെ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുമ്പോൾ, ഡയഫ്രം ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ മൂന്ന്-ലെയർ സംയുക്തത്തിൻ്റെ ഓട്ടോമാറ്റിക് അടഞ്ഞ സുഷിരം പോലെയുള്ള കൂടുതൽ സുരക്ഷിതമായ ഡയഫ്രം ഉപയോഗിക്കണം, എന്നാൽ സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ബാറ്ററി ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത മെച്ചപ്പെടുത്തിയതോടെ, ഈ പ്രവണതയിൽ നേർത്ത ഡയഫ്രം. ത്രിതല സംയോജിത ഡയഫ്രം ക്രമേണ കാലഹരണപ്പെട്ടു, പകരം ഡയഫ്രത്തിൻ്റെ സെറാമിക് കോട്ടിംഗ്, ഡയഫ്രം സപ്പോർട്ട് ആവശ്യങ്ങൾക്കായി സെറാമിക് കോട്ടിംഗ്, ഉയർന്ന താപനിലയിൽ ഡയഫ്രത്തിൻ്റെ സങ്കോചം കുറയ്ക്കുക, ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററിയുടെ താപ സ്ഥിരത മെച്ചപ്പെടുത്തുക, അപകടസാധ്യത കുറയ്ക്കുക ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററിയുടെ തെർമൽ റൺവേ.

3. ബാറ്ററി പായ്ക്ക് തെർമൽ സുരക്ഷാ ഡിസൈൻ

ഉപയോഗത്തിൽ, ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികൾ പലപ്പോഴും പരമ്പരയിലൂടെയും സമാന്തര കണക്ഷനിലൂടെയും ഡസൻ, നൂറുകണക്കിന് അല്ലെങ്കിൽ ആയിരക്കണക്കിന് ബാറ്ററികൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ടെസ്‌ല മോഡൽ എസിൻ്റെ ബാറ്ററി പാക്കിൽ 7,000-ലധികം 18650 ബാറ്ററികൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ബാറ്ററികളിൽ ഒന്നിന് താപ നിയന്ത്രണം നഷ്ടപ്പെട്ടാൽ, അത് ബാറ്ററി പാക്കിൽ വ്യാപിക്കുകയും ഗുരുതരമായ പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യും. ഉദാഹരണത്തിന്, 2013 ജനുവരിയിൽ, അമേരിക്കയിലെ ബോസ്റ്റണിൽ ഒരു ജാപ്പനീസ് കമ്പനിയുടെ ബോയിംഗ് 787 ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററിക്ക് തീപിടിച്ചു. നാഷണൽ ട്രാൻസ്‌പോർട്ടേഷൻ സേഫ്റ്റി ബോർഡിൻ്റെ അന്വേഷണമനുസരിച്ച്, ബാറ്ററി പാക്കിലെ 75Ah സ്‌ക്വയർ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററി അടുത്തുള്ള ബാറ്ററികളുടെ തെർമൽ റൺവേയ്‌ക്ക് കാരണമായി. സംഭവത്തിന് ശേഷം, അനിയന്ത്രിതമായ താപ വ്യാപനം തടയുന്നതിന് എല്ലാ ബാറ്ററി പാക്കുകളിലും പുതിയ നടപടികൾ സജ്ജീകരിക്കണമെന്ന് ബോയിംഗ് ആവശ്യപ്പെട്ടു.

ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികൾക്കുള്ളിൽ തെർമൽ റൺവേ വ്യാപിക്കുന്നത് തടയാൻ, ഘട്ടം മാറ്റുന്ന മെറ്റീരിയലുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ലിഥിയം അയോൺ ബാറ്ററികൾക്കായി AllcellTechnology ഒരു തെർമൽ റൺവേ ഐസൊലേഷൻ മെറ്റീരിയൽ പിസിസി വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു [5]. മോണോമർ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾക്കിടയിൽ നിറച്ച പിസിസി മെറ്റീരിയൽ, ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററി പാക്കിൻ്റെ സാധാരണ പ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ കാര്യത്തിൽ, ചൂടിൽ ബാറ്ററി പായ്ക്ക് പിസിസി മെറ്റീരിയലിലൂടെ വേഗത്തിൽ ബാറ്ററി പാക്കിൻ്റെ പുറത്തേക്ക്, ലിഥിയം അയോണിൽ തെർമൽ റൺവേ ചെയ്യുമ്പോൾ ബാറ്ററികൾ, പിസിസി മെറ്റീരിയൽ അതിൻ്റെ ആന്തരിക പാരഫിൻ മെഴുക് ഉരുകുന്നതിലൂടെ ധാരാളം താപം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നു, ബാറ്ററി താപനില കൂടുതൽ ഉയരുന്നത് തടയുന്നു, അങ്ങനെ ബാറ്ററി പായ്ക്ക് ആന്തരിക വ്യാപനത്തിൽ നിയന്ത്രണാതീതമായി ചൂടാകുമെന്ന് മുന്നറിയിപ്പ് നൽകുന്നു. പിൻപ്രിക് ടെസ്റ്റിൽ, പിസിസി മെറ്റീരിയൽ ഉപയോഗിക്കാതെ 18650 ബാറ്ററി പാക്കുകളുടെ 4, 10 സ്ട്രിംഗുകൾ അടങ്ങിയ ബാറ്ററി പാക്കിലെ ഒരു ബാറ്ററിയുടെ തെർമൽ റൺവേ ഒടുവിൽ ബാറ്ററി പാക്കിലെ 20 ബാറ്ററികളുടെ തെർമൽ റൺവേയ്‌ക്ക് കാരണമായി, അതേസമയം ഒന്നിൻ്റെ തെർമൽ റൺവേ. പിസിസി മെറ്റീരിയലിൽ നിർമ്മിച്ച ബാറ്ററി പാക്കിലെ ബാറ്ററി മറ്റ് ബാറ്ററി പായ്ക്കുകളുടെ തെർമൽ റൺവേയ്ക്ക് കാരണമാകില്ല.