热失控”导致电池的爆炸可以通过电解质来提高锂离子电池的安全性吗

"Compared with the traditional liquid electrolyte, the shear thickening electrolyte will not significantly reduce the performance of lithium ion batteries," Zhu said. "In the process of impact, the shear-thickened electrolyte will immediately behave like a solid, and the shear-thickened electrolyte will produce greater force to resist external impact. This solution complements the external thermal management system of the battery pack, which is usually insufficient to cope with sudden effects.“

 

 

 

 

 

Zhu said that research on improving lithium-ion batteries is relatively new, especially for electric vehicles. He added that shear-thickened electrolytes could have other niche uses, such as bullet-proof energy storage devices.

 

 

 

One of the common types of batteries used in electric vehicles, lithium-ion batteries or lithium-ion batteries is prone to ignition or explosion due to collision or other major impacts imposed on vehicles. This effect will lead to short circuit inside the electrode. Small fires can spread through the battery and other parts of the car through "thermal runaway".

 

 

 

 

 

"Although great efforts have been made in the thermal management of batteries, the recent battery fires and explosions in electric vehicle accidents have aroused great public concern," said Dr. Yu Zhu, an associate professor of polymer science at the University. Akron (UA). "In most cases, the battery will not be ignited in normal use, such as through large external impact or impact."

 

 

 

 

 

Zhu and his graduate team at the UA School of Polymer Science and Polymer Engineering are working to improve the safety of lithium-ion batteries by manufacturing shear-thickening electrolytes, which can become thicker under impact between the anode and the anode of batteries. The cathode will be shock resistant, so it will not cause fire or explosion in case of collision. Under normal conditions, the new electrolyte remains soft.

 

 

 

 

 

The team's research was led by Dr. Zhu. Student Kewei Liu recently published an article in Power Magazine: "Shear Thickening Fluid Antishock Electrolyte for Safe Lithium Ion Batteries".

 

 

 

 

 

"In lithium-ion batteries for electric vehicles, cathodes and anodes are separated by very soft membranes and liquid electrolytes," Zhu said. "Simply replacing liquid electrolytes with solid counterparts remains a challenging task because both electrodes are porous and require liquid to fill the pores and contact them. Our idea is that you can still use liquid electrolytes under normal conditions, but this liquid can increase its mechanical strength under impact. Therefore, we developed a shear thickening electrolyte. "

 

 

 

 

 

Think of it as a mixture of starch and water. You can stick your hand in and mix the starch and water slowly, feeling very resistant at the same time. However, if you increase the stirring speed, you will feel much greater resistance. In fact, bowling balls can bounce off the surface of a mixture of corn starch and water and act like solids during impact.

 

 

 

 

 

A liquid with this property is called an expander, a non-Newtonian fluid. If the electrolyte is also an expansive agent, it will prevent the battery from short-circuiting under external shock. However, the formation of shear thickening electrolyte is much more difficult than that of mixed corn starch and water because the electrolyte is composed of different ions, solvents and additives.

 

 

 

 

 

"In our preliminary study," Zhu said, "we have demonstrated that modified low-cost glass fiber fillers can produce the shear thickening electrolyte we are looking for, which is compatible with commercial lithium-ion batteries and shows improved impact resistance. "

 

 

 

 

 

在电动车辆，锂离子电池或锂离子电池中使用的常见类型的电池之一易于由于碰撞或施加在车辆上的其他主要冲击而着火或爆炸。这种影响会导致电极内部短路。小火可以通过“热失控”扩散到整个电池和汽车的其他部分。

 

“虽然已经对电池的热管理做出了重大努力，但近期电动车事故中的电池火灾和爆炸引起了公众的极大关注，”大学高分子科学副教授于竺博士说。阿克伦(UA)。“在大多数情况下，电池在正常使用情况下不会被点燃，例如通过大的外部冲击或撞击。”

 

朱和他在UA高分子科学与高分子工程学院的研究生团队正致力于通过制造剪切增稠电解质来提高锂离子电池的安全性-这种电解质在电池的阳极和阳极之间会在冲击下变厚。阴极将具有抗冲击性，因此在发生碰撞时不会引起火灾或爆炸。在正常条件下，新型电解质保持柔软。

 

该小组的研究由朱博士领导。学生KeweiLiu最近在“电源杂志”上发表文章：“用于安全锂离子电池的剪切增稠液抗冲击电解液”。

 

“在用于电动汽车的锂离子电池中，阴极和阳极被非常软的膜和液体电解质隔开，”朱说。“简单地用固体对应物替换液体电解质仍然是一项具有挑战性的任务，因为两个电极都是多孔的，它们需要液体来填充毛孔并接触。我们的想法是你仍然可以在正常情况下使用液体状电解质，但是这种液体可以在冲击下提高自身的机械强度。因此，我们开发了一种剪切增稠电解液。“

 

可以把它想象成淀粉和水的混合物。你可以把手伸进去，慢慢搅拌淀粉和水，同时感觉抵抗力很小。但是，如果你提高搅拌速度，你将会大大感受到更大的阻力。实际上，保龄球可以从玉米淀粉和水混合物的表面反弹，在冲击过程中表现得像固体。

 

具有这种性质的液体称为膨胀剂，一种非牛顿流体。如果电解质也是膨胀剂，它将防止电池在外部冲击下短路。然而，形成剪切增稠电解质比混合玉米淀粉和水困难得多，因为电解质的组成复杂，由不同的离子，溶剂和各种添加剂组成。

 

“在我们的初步研究中，”朱说，“我们证明了改性的低成本玻璃纤维填料可以生产我们正在寻找的剪切增稠电解质，这与商用锂离子电池兼容并且显示出改善的抗冲击性。“

 

来自朱氏集团的视频展示了不同速度的子弹影响常规液体电解质和剪切增稠电解质。剪切增稠电解质吸收了动能并显着减慢了移动的子弹。

전통적인 액체 전해질과 비교하면, 전기해질은 리튬 이온전지의 성능을 낮추지 않을 것이다.충격 과정에서 조조한 전기 해질은 곧바로 고체처럼 커트되고, 커팅이 조조조한 효과로 더 큰 힘을 가져 외부 충격에 저항할 수 있다.이런 해결 방안은 배터리 외부 열관리 시스템에 대한 보완이다. 이것은 일반적으로 갑작스러운 영향을 대비하기 위해서다.

 

 

 

 

 

주씨는 리튬이온전지를 개선하는 연구가 상대적으로 새롭고 특히 전동자동차에 사용된다고 말했다.그는 조그마한 전기 해질은 다른 유리기 용도가 있다고 덧붙였다.

 

 

 

전기 차량, 리튬 이온전지나 리튬 이온전지에서 사용하는 흔한 유형의 배터리 중 하나는 충돌이나 차량에 있는 기타 충격으로 불에 타거나 폭발하기 쉽다.이런 영향은 전극 내부 단로를 초래할 수 있다.작은 불은 ‘ 열 실종 ’ 을 통해 전지와 자동차의 다른 부분으로 확산할 수 있다.

 

 

 

 

 

"이미 배터리 열관리에 중대한 노력을 했지만 최근 전동차 사고 중 전지화재와 폭발이 대중의 큰 관심을 모았다"고 말했다.아크론 (UA).“대다수 상황에서 배터리가 정상적으로 사용되는 상황에서 연소되지 않는 경우가 많다. 예를 들면 큰 외부 충격이나 충격을 받으면 된다.”

 

 

 

 

 

주와 그는 UA 고분자 과학과 고분자 공사학원의 대학원 진열에 주력해 이온전지를 높이는 안전성을 높이고 있다.음극은 충격에 저항할 수 있기 때문에 충돌이 발생할 때 화재나 폭발을 일으키지 않는다.정상적인 조건하에서 신형 전해질은 부드럽게 유지된다.

 

 

 

 

 

이 그룹의 연구는 주박사가 지도한다.학생 키일리는 최근'전원 잡지'에 "리튬 이온 전지에 쓰이는 커트 증가 액체 충격액"이라고 글을 게재했다.

 

 

 

 

 

"전기 자동차에 쓰이는 리튬 이온전지 중 음극과 양극이 매우 부드러운 막과 액체 전해질의 격리와 격리된다."라고 주설이 말했다.“ 단순히 고체 대응물로 액체 전해질을 바꾸는 것은 여전히 도전적인 임무이다. 두 개의 전극이 모두 다공이기 때문에 액체가 모공을 충전하고 접촉해야 하기 때문이다.우리의 생각은 여전히 정상적인 상황에서 액체형 전해질을 사용할 수 있다는 것이다. 그러나 이러한 액체는 충격 아래에서 자신의 기계적 강도를 높일 수 있다는 것이다.이에 따라 우리는 조조한 전기 해액을 절단하는 것을 개발했다.예.

 

 

 

 

 

전분과 물의 혼합물을 상상할 수 있다.당신은 손을 뻗어 넣고, 전분과 물을 천천히 저으며, 동시에 저항력이 매우 작다는 느낌이 든다.그러나 네가 휘젓는 속도를 높이면 더욱 큰 저항력을 느낄 것이다.실제로 볼링은 옥수수 전분과 물혼합물의 표면으로 반등해 충격 과정에서 고체처럼 보일 수 있다.

 

 

 

 

 

이런 성질의 액체는 팽창제라 불리며 비뉴턴 유체다.해질도 팽창제라면 배터리가 외부 충격으로 단락되는 것을 방지한다.그러나 커팅이 조밀하게 늘어나는 전기해질은 혼합옥수수 전분과 물의 어려움이 많기 때문에 전해질의 구성이 복잡하기 때문에 다른 이온, 용제와 각종 첨가제로 구성된다.

 

 

 

 

 

"우리의 초보적인 연구에서"주씨는 "개편적인 저원가 유리 섬유 충전을 생산할 수 있다는 것을 증명했다. 우리가 찾고 있는 커팅은 배터리튬 이온전지 호환과 개선된 저항 충격성을 상용한다"고 말했다.예.

 

 

 

 

 

주씨 그룹의 동영상은 다른 속도의 총알이 일반적인 액체 전해질과 커트 증가를 보여 주었다.커팅이 걸쭉한 전기 해질이 동력을 흡수하고 이동하는 총알을 줄이고 있다.