Wie können Lithium-Ionen-Batterien intelligenter werden?

Mit der Popularität von Lithium-Ionen-Batterien auf dem Weltmarkt werden jedes Jahr Milliarden von Lithium-Ionen-Batterien hergestellt und gelangen in die Hände der Verbraucher. Lithium-Ionen-Batterien bringen viel Komfort in unser Leben, verbergen aber auch viele Probleme wie Sicherheitsbedenken. In den letzten Jahren, mit der Entwicklung der intelligenten Welle, bewegen sich immer mehr Geräte in Richtung der Entwicklung einer intelligenten Richtung, wie Fernseher, Lautsprecher, Autos usw., die je nach Umgebung, Benutzergewohnheiten usw. Kontinuierlich verbessert werden kann ., weiterentwickeln und verbessern die Benutzererfahrung.

Bei Lithium-Ionen-Batterien können sie während ihrer Anwendung unterschiedlichen Anwendungsumgebungen ausgesetzt sein. Einige Anwendungsszenarien können für Lithium-Ionen-Batterien eine große Herausforderung darstellen. Wir hoffen, dass Lithium-Ionen-Batterien intelligenter sein und die Betriebsstrategie von Lithium-Ionen-Batterien an die Anwendungsumgebung anpassen können. Zum einen kann die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien gewährleistet werden, zum anderen können Leistung und Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien gewährleistet werden.

1. Intelligenter Selbstschutz

Der Selbstschutz von Lithium-Ionen-Batterien ist die grundlegendste Funktion von Lithium-Ionen-Batterien. Jetzt kann das BMS-System von Lithium-Ionen-Akkus grundsätzlich Funktionen wie Temperaturschutz und Stromschutz erfüllen, dies ist jedoch der Schutz auf Systemebene. Durch die intelligente Planung von Lithium-Ionen-Batterien kann ein Selbstschutz auf Lithium-Ionen-Batterieebene erreicht werden, z. B. durch Hinzufügen zusätzlicher Erfassungselektroden in der Batterie, Hinzufügen von intelligenten Materialien mit Temperaturrückmeldung und Hinzufügen von Lithiumionen zur Lithium-Ionen-Batterie, um Lithium zu erhalten Ionen intelligente Batterieplanung.

1.1 Anti-interne Kurzschlussplanung

Ein interner Kurzschluss ist ein ernstes Problem, das die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien beeinträchtigt. Kurzschlüsse in Lithium-Ionen-Batterien, die durch Lithium-Dendriten und überschüssige Materialien verursacht werden, verursachen häufig schwerwiegende Sicherheitsprobleme.

Um den durch das Wachstum von Lithiumdendriten verursachten internen Kurzschlussunfall zu lösen, wurden verschiedene Verfahren geplant, um das Wachstum von Lithiumdendriten in der Lithiumionenbatterie zu überwachen. Beispielsweise wirkt die multifunktionale Membran von Wu et al., Die eine Metallschicht in der Mitte einer herkömmlichen Polymermembran enthält, als Lithiumdendritendetektor, indem das Metall zur Kathode überwacht wird. Die Spannungsdifferenz kann die Überwachung von Lithiumdendriten realisieren, so dass die Membran die Funktion der herkömmlichen Membran beibehält und auch die Überwachung von Lithiumdendriten realisiert. Die dreischichtige multifunktionale KaiLiu-Verbundmembran der Stanford University zeichnet sich durch die Zugabe von SIO2 zur mittleren Schicht der Membran aus. Wenn der Lithiumdendrit bis zu einem gewissen Grad wächst, reagiert SIO2 beim Durchstechen der Membran mit metallischem Lithium und verbraucht Lithiumdendriten, um ein weiteres Wachstum von Lithiumdendriten zu vermeiden.

1.2 Verhindern Sie auf intelligente Weise, dass der Lithium-Ionen-Akku überhitzt

Wenn der Lithium-Ionen-Akku überhitzt ist (z. B. externe Erwärmung, Eigenerwärmung während eines Kurzschlusses), schrumpft die Membran und es kommt zu einem Kurzschluss zwischen positiven und negativen Polen, was zu einem thermischen Durchgehen führt. Die herkömmliche PP-PE-PP-Verbundmembran kann die automatische geschlossenzellige Funktion bei einer niedrigeren Temperatur realisieren, wodurch die Reaktion der positiven und negativen Elektroden unterbrochen und die Überhitzung der Batterie unterdrückt wird. Wenn die Temperatur jedoch zu hoch ist, Die PP-Schicht schrumpft ebenfalls. Diese dreischichtige Verbundmembran wird ebenfalls versagen.

Um das Sicherheitsproblem von Lithium-Ionen-Batterien bei Überhitzung zu lösen, haben Yim et al. plante ein elektrolytaddierendes Material, das den Lithium-Ionen-Akku vor Überhitzung schützen kann. Wir alle wissen, dass allgemeine Flammschutzmittel für Elektrolyte die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien erheblich beeinträchtigen können. Daher ist die Verwendung in der Praxis schwierig. Das Flammschutzmittel wie Yim wird in separate kleine Kapseln verpackt. Das Außenwandmaterial dieser Kapseln ist im Elektrolyten sehr stabil, so dass es die Leistung der Lithiumionenbatterie unter normalen Bedingungen nicht beeinträchtigt. Wenn die Temperatur 70 Grad Celsius überschreitet, wird unter Einwirkung des Dampfdrucks des Flammschutzmittels DMTP das äußere Gehäuse gebrochen und das Flammschutzmittel wird in den Elektrolyten freigesetzt, wodurch die Leitfähigkeit des Elektrolyten stark abfällt und eine weitere Reaktion verhindert die Batterie.

2. Intelligente automatische Reparatur

Mit der Popularität von Lithium-Ionen-Batterien nehmen die Möglichkeiten für verschiedene Arten von Schäden an Lithium-Ionen-Batterien zu. Wenn Lithium-Ionen-Batterien automatische Reparaturfunktionen wie lebende Organismen ausführen können, verlängert dies die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien und reduziert Lithium. Die Sicherheitsrisiken von Ionenbatterien sind sehr wichtig.

2.1 Automatische Reparatur von äußeren Schäden

Die Batterie mit automatischer Reparaturfunktion ist kein völlig neues Konzept. Zum Beispiel ist bei einer Li-I-Batterie die Membran tatsächlich das Reaktionsprodukt LiI von Li und I. Daher kommen Li und ich nach dem Brechen der Membran in Kontakt und das Reaktionsprodukt LiI wird realisiert. Reparatur der Membran.

Die moderne Bedeutung der automatischen Reparaturfunktion von Lithium-Ionen-Batterien, die eher auf multifunktionalen Materialien wie Wang et al. Geplanter selbstreparierender Superkondensator, der hauptsächlich aus einem Netzwerk supramolekularer Materialien und einer großen Anzahl von Materialien besteht. Durch Wasserstoffbrücken kann sich das Material angesichts mechanischer Schäden selbst reparieren. Bei 50 Grad Celsius kann sich das Material nach dem Schneiden innerhalb von 5 Minuten selbst heilen.

Der obige Selbstheilungsplan gilt hauptsächlich für Superkondensatoren auf Wasserbasis. Die Planung selbstheilender Lithium-Ionen-Batterien steht noch vor einer nicht geringen Herausforderung. Dies ist groß, da der organische Elektrolyt von Lithium-Ionen-Batterien in der Luft austritt und schwerwiegend ist. Der Einfluss der Leistung von Lithium-Ionen-Batterien, daher muss die selbstheilende Planung von Lithium-Ionen-Batterien auch auf einer kontinuierlichen Verbesserung des Elektrolyten beruhen.

2.2 Formgedächtnisfähigkeit

Angesichts der Beliebtheit tragbarer Geräte kann der herkömmliche Hartschalen-Lithium-Ionen-Akku die tatsächlichen Anforderungen nicht erfüllen, sodass er die ursprünglich geplante Form wiederherstellen kann, nachdem er durch äußere Kräfte (wie Wärme, elektromagnetische Kraft, Druck usw.) verformt wurde. . Es sind spezielle Lithium-Ionen-Batterien erforderlich geworden. Yan et al. Verwenden Sie die Formgedächtnislegierung TiNi, um einen Superkondensator mit Formgedächtnisfähigkeit zu planen. Die Phasenübergangstemperatur der TiNi-Legierung beträgt 15 Grad Celsius und die Oberflächentemperatur der menschlichen Haut beträgt etwa 35 Grad Celsius. Daher kann der Kondensator unter der Einwirkung der menschlichen Körpertemperatur stehen. Kehrt zur ursprünglichen Form zurück und wickelt sich automatisch um das Handgelenk.

Wenn die oben beschriebene Formgedächtnislegierung TiNi in eine Faserform gebracht wird, ist es auch möglich, eine Batterie mit einer Formgedächtnisfunktion verschiedener Formen herzustellen. Diese Funktion nutzt die Zukunft in der Luft- und Raumfahrt. Falten Sie den Akku vor dem Start zunächst so weit wie möglich bei einer niedrigeren Temperatur. Nach dem Betreten des Raums wird die Temperatur wiederhergestellt und die Batterie kehrt automatisch in ihre ursprüngliche Form zurück. Während des gesamten Zeitraums wird die elektrische Leistung der Batterie dabei nicht beeinträchtigt, was die Effizienz des Weltraumstarts erheblich verbessert.

Die Welle der Intelligenz ist ein irreversibler Trend. Die intelligente Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien wird eine sehr wichtige Richtung sein. Wir sind davon überzeugt, dass wir durch die kontinuierliche Weiterentwicklung der Material- und Planungstechnologie in Zukunft intelligentere und humanisiertere Batterien erleben können.

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