Mitä ovat palonsuojamateriaalit?
Sain viime kuussa puhelun pakkausten kokoajalta Ohiosta. Hänen asiakkaansa halusi tietää, miksi heidän varastovakuutuksensa nousi 40 %, kun he alkoivat varastoida litiumkennoja. Vakuutuksenantaja mainitsi lämpökaranteen. Asentaja kysyi minulta, mitä hän voisi kertoa heille elektrolyyttiturvallisuudesta. Sanoin hänelle saman asian kuin kaikille. Soluissasi olevat karbonaattiliuottimet palavat. Kysymys kuuluu, mitä teet asialle.
Elektrolyyttiä on ehkä 10-15 % kennon painosta. Etyleenikarbonaatti, dimetyylikarbonaatti, etyylimetyylikarbonaatti. Nämä ovat työhevosia. Ne liuottavat hyvin litiumsuoloja. Ne antavat ionien liikkua nopeasti. Niiden leimahduspisteet ovat myös 30-40 astetta. Rei'itetty pussikenno voi lyödä sisäisesti 200 astetta alle minuutissa. Matematiikka ei ole monimutkaista.
Fosforiyhdisteitä ilmaantui akkujen elektrolyyteissä noin vuonna 2003. Trimetyylifosfaatti oli ensimmäinen, jota ihmiset kokeilivat vakavasti. Se toimii vapauttamalla PO-radikaaleja, kun se kuumenee. Nämä radikaalit sieppaavat vetyä liekin etupuolelta ja pysäyttävät palamisketjureaktion. Voit lyhentää itsesammumisaikaa 50+ sekunnista grammaa kohti yksittäisiin numeroihin. Kompromissi on viskositeetti. Fosfaatit sakeuttavat elektrolyyttiä. Ionien johtavuus laskee. Menetät hinnoittelukyvyn.
Yrityksille, jotka hankkivat soluja, kysylitiumakun valmistajaelektrolyyttien formuloinnin pitäisi olla nyt vakiokäytäntö. Maisema on muuttunut vuodesta 2020. Kiinalaiset kennovalmistajat toimittavat nyt tuotteita, joissa on fosfaatti-esterisekoituksia, jotka osuvat samoihin liekkiominaisuuksiin kuin japanilaiset kennot, joita myytiin viisi vuotta sitten kaksinkertaiseen hintaan. Zhangjiagang Guotai-Huarong toimittaa elektrolyyttiä useille suurille kennotuottajille. Turvallisuusparannukset ovat siirtyneet alavirtaan.
Fluoratut yhdisteet tulivat myöhemmin. Hydrofluorieetterit. Fluoratut karbonaatit, kuten FEC ja FEMC. Fluoriatomit molekyylin rungossa häiritsevät radikaalien etenemistä eri tavalla kuin fosfori. Tulokset ovat hyviä. Kustannukset eivät ole. Fluorattuja materiaaleja kuluu edelleen 3–5 kertaa enemmän kuin tavallisista karbonaateista maksat. Tiedän miehiä, jotka määrittävät ne 5–10 %:ksi vain saavuttaakseen turvakynnyksen tuhoamatta materiaaliluetteloaan.
Ioniset nesteet saivat paljon painoa vuoden 2015-2018 tienoilla. Höyrynpaine lähes nolla. Ei syty palamaan missään normaalissa väärinkäyttöskenaariossa. Kävin Münsterissä laboratoriossa, joka oli työskennellyt niiden parissa kuusi vuotta. Tutkija näytti minulle soluja, jotka selvisivät 200 asteen ulkoisesta kuumennuksesta ilman tuuletusta. Hän kertoi myös, että he maksoivat 85 €/kg ionisesta nesteestä. Kaupalliset EC/DMC-sekoitukset maksavat alle 4 €/kg. Taloustiede tappoi sen autoteollisuudelle. Jotkut ilmailusovellukset voivat ottaa nämä kustannukset. Suurin osa ei voi.
Geelipolymeerielektrolyyteillä on erilainen lähestymistapa. Vangitat nestefaasin polymeerimatriisiin. PVDF-HFP on yleinen. Jotkut ryhmät rakentavat fosforia suoraan polymeerirunkoon. Palonsuojasta tulee rakenteellinen. Qingdaon yliopiston tutkijat julkaisivat viime vuonna työn polyimidijärjestelmistä, joissa on fosfatseenisivuketjuja. Itsesammumisajat alle 5 sekuntia. Riittävän korkea mekaaninen lujuus hidastaa dendriitin kasvua. Haasteena on valmistus. Geelielektrolyyttien rulla{12}}rullalle{13}}pinnoite ei ole yhtä kypsä kuin nestemäinen täyttö.
Kun arvioidaan amukautettu litiumakun toimittajateollisissa sovelluksissa kysy erityisiä turvallisuuteen liittyviä kysymyksiä. Mikä on elektrolyyttikoostumuksen SET? Minkä pitoisuuden paloa hidastavaa lisäainetta käytät? Voitko antaa kartiokalorimetriatietoja? Jotkut solujen valmistajat jakavat nämä tiedot. Toiset pitävät sitä omistusoikeutena. Premium-merkit käyttävät tyypillisesti 12-18 painoprosenttia fosfaattipohjaista lisäainetta tavallisissa autokennoissaan.
Teollisuus testaa palonestokykyä useilla tavoilla. Itse-sammutusaika on nopea. Sytytät näytteen ja määrität, kuinka kauan se palaa sytytyslähteen poistamisen jälkeen. Happiindeksin rajoittaminen kertoo sinulle palamisen ylläpitämiseen tarvittavan vähimmäisO2-pitoisuuden. UL 2054 ja IEC 62133 asettavat hyväksymis-/hylkäyskriteerit valmiille soluille. Kiinan GB 38031-2020 vaatii 5 minuutin varoitusajan, ennen kuin lämpöeteneminen saavuttaa pakkauksen viereiset solut. Tämän vaatimuksen täyttäminen vaatii usein paloa hidastavia elektrolyyttejä.
Muistutukset nostivat tämän asian etualalle. GM veti takaisin 140 000 Bolt sähköautoa vuodesta 2021 alkaen. Hyundai veti pois Kona Electricsin. Ford viivästytti Lightningin tuotantoa. Perimmäiset syyt vaihtelivat. Jotkut olivat valmistusvirheitä. Jotkut olivat solujen suunnitteluongelmia. Kaikki ne saivat OEM-ostoosastot esittämään vaikeampia kysymyksiä. Mikä tahansalitiumpariston OEM-kumppaniYritetään saada pätevyys autoteollisuuteen joutuvat nyt enemmän lämpöturvallisuusasiakirjojen tarkasteluun kuin vuonna 2019.
Materiaalikustannukset lisäävät mittakaavassa oikeaa rahaa. 60 kWh:n autopakkaus sisältää noin 40-50 kg elektrolyyttiä kennomuodosta ja kuormituksesta riippuen. 15 % palonestoaineen lisääminen hintaan 15 dollaria/kg lisäkustannuksia tarkoittaa 90-110 dollaria per pakkaus. Solutason kustannukset ovat pudonneet alle 100 dollaria/kWh Kiinan halvimpien LFP-prismaattisten kennojen osalta. Tämä palonestoaine edustaa noin 1,5 % kennon hinnasta. Hankintaryhmät kiistelevät penneistä kilowattituntia kohden. Tämä ei ole penniä.
Yrityksille, jotka rakentavat suhteita alitiumparistomoduulien kokoonpanotoimittaja, elektrolyyttispesifikaatio jää usein huomiotta varhaisissa keskusteluissa. Ihmiset keskittyvät kapasiteettiin, syklin käyttöikään ja C-nopeuteen. Palonsuojaus näkyy myöhemmin, yleensä kun loppuasiakas pyytää turvallisuusasiakirjoja. Siihen mennessä solujen rakenne on lukittu. Erilaisen elektrolyyttikoostumuksen jälkiasentaminen voi muuttaa impedanssia, kapasiteettia ja ikääntymisominaisuuksia. Parempi määritellä etukäteen.
Tutkimusputkessa on mielenkiintoista työtä. Paikallisissa korkean pitoisuuden-elektrolyytit käyttävät fosfaattiliuottimia, jotka on laimennettu palamattomilla fluoratuilla eettereillä. Saat fosfaattien palonestokyvyn perinteisten karbonaattien viskositeetilla ja johtavuudella. Argonne on julkaissut tämän. Useat yliopistoryhmät Kiinassa työskentelevät muunnelmien parissa. Kaupallinen saatavuus on luultavasti 2-3 vuotta autoluokan osalta.
Kiinteä{0}}johdesolut ratkaisisivat syttymisongelman kokonaan. Keraamiset ja sulfidielektrolyytit eivät pala. Niitä ei myöskään ole vielä olemassa autoteollisuudessa. CATL, Samsung SDI, Toyota ja QuantumScape ovat kaikki siirtäneet solid-state-aikajanaansa 2–4 vuodella viimeaikaisissa ilmoituksissa. Mikä tahansaLitium-akkujen turvallisuusratkaisujen toimittajakertoo, että paloa hidastavat nestemäiset elektrolyytit ovat käytännöllinen ratkaisu ainakin vuoteen 2028 asti useimmissa sovelluksissa.
Työskentelin viisitoista vuotta tämän ongelman parissa eri rooleissa. Tekniikka on parantunut. Kustannukset ovat laskeneet. Solupaloja tapahtuu edelleen. Niitä tapahtuu harvemmin kuin kymmenen vuotta sitten, ja solut varastoivat nykyään enemmän energiaa kuin solut silloin. Toimiala on mennyt oikeaan suuntaan. Töitä on enemmän.
