مواد عایق در باتری های لیتیومی سه تایی و باتری های LiFePO4: یک دیدگاه ایمنی

لیتیوم آهن فسفات (LiFePO4) و باتری های لیتیوم سه تایی دو نوع باتری رایج در صنعت خودروهای انرژی جدید هستند. این باتری ها از راه حل های مواد مختلف برای افزایش عایق آتش و حفاظت حرارتی استفاده می کنند. 

خطر فرار حرارتی:

باتری های لیتیومی سه تایی: باتری های لیتیومی سه تایی به دلیل ترکیب شیمیایی و چگالی انرژی بالاتر، خطر فرار حرارتی را در شرایط غیرعادی مانند شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد یا دمای بالا افزایش می دهند. این می تواند منجر به افزایش خطر حوادث آتش سوزی شود.

باتری‌های LiFePO4: باتری‌های LiFePO4 نسبتاً ایمن‌تر هستند و تحمل بالایی نسبت به دماهای بالا، شارژ بیش از حد و تخلیه بیش از حد دارند. در نتیجه، تقاضا برای حفاظت در برابر آتش و عایق حرارتی برای باتری‌های LiFePO4 نسبتاً کمتر است.

مواد عایق:

باتری های لیتیومی سه تایی: برای کاهش خطرات احتمالی مرتبط با فرار حرارتی، باتری های لیتیومی سه تایی معمولاً در طول فرآیندهای طراحی و ساخت خود به مواد عایق درجه بالاتر نیاز دارند. این مواد ممکن است شامل عایق های مقاوم در برابر آتش در دمای بالا، نوار عایق، واشرهای عایق و اجزای مشابه باشند.

باتری‌های LiFePO4: به دلیل ایمنی ذاتی و تحمل دمای بالا، باتری‌های LiFePO4 معمولاً به مواد و طرح‌های عایق استاندارد نیاز دارند تا الزامات حفاظت در برابر آتش و عایق حرارتی را برآورده کنند.

راه حل های حفاظت در برابر آتش و عایق حرارت برای باتری های LiFePO4:

پلی پروپیلن میکرو متخلخل (MPP): پلی پروپیلن ریز متخلخل به طور گسترده ای به عنوان یک لایه نسوز و عایق حرارت در باتری های LiFePO4 استفاده می شود. این ماده خواص عایق حرارتی و الکتریکی عالی را نشان می دهد، از دست دادن گرما را کاهش می دهد و راندمان حرارتی باتری را افزایش می دهد. ویژگی های کلیدی MPP عبارتند از:

عملکرد جداسازی استثنایی: ساختار منافذ میکروسکوپی MPP به طور موثر الکترودهای مثبت و منفی را در ماژول باتری جدا می کند و از نفوذ الکترولیت جلوگیری می کند. می توان از آن به عنوان جداکننده باتری استفاده کرد و از عملکرد ایمن سیستم باتری با جلوگیری از اتصال کوتاه و نشت جریان اطمینان حاصل کرد.

لاستیک سیلیکونی سرامیکی: لاستیک سیلیکونی سرامیکی معمولاً به عنوان یک لایه محافظ ایمنی در باتری های LiFePO4 استفاده می شود. برای افزایش بیشتر مقاومت در برابر آتش، یک لایه فایبرگلاس اغلب در بالای لاستیک سیلیکونی سرامیکی اعمال می شود. در صورت آتش سوزی، لاستیک سیلیکونی سرامیکی به یک بلوک سرامیکی سخت تبدیل می شود و از گسترش آتش جلوگیری می کند. این به طور موثر دماهای بالای تولید شده توسط باتری را جدا می کند و مقاومت می کند و از سیستم باتری در برابر آسیب گرما محافظت می کند.

فوم سیلیکون: فوم سیلیکونی، یک ماده انعطاف پذیر و نرم، اغلب برای پر کردن شکاف بین ماژول های باتری LiFePO4 استفاده می شود. این عایق حرارتی و اثرات بافری عالی ارائه می دهد، انتقال حرارت و ارتعاشات را کاهش می دهد و در عین حال عملکرد مدیریت حرارتی باتری را بهبود می بخشد. ویژگی های کلیدی فوم سیلیکون عبارتند از:

عملکرد عالی عایق حرارتی: فوم سیلیکون دارای رسانایی حرارتی پایینی است که به طور موثر هدایت گرما را در ماژول باتری جدا می کند و اتلاف گرما را به حداقل می رساند. این کار راندمان انرژی سیستم باتری را افزایش می دهد و عمر چرخه باتری را افزایش می دهد.

مقاومت در برابر دمای بالا: فوم سیلیکون ثبات ساختاری و عملکرد خود را در محیط‌های با دمای بالا حفظ می‌کند که برای سیستم‌های باتری بسیار مهم است. این به طور موثر ایزوله می کند و در برابر ضربه دمای بالا تولید شده توسط باتری مقاومت می کند.

راه حل های عایق آتش و حرارت برای باتری های لیتیوم سه تایی:

آئروژل: آئروژل، یک ماده بسیار متخلخل با خواص عایق حرارتی استثنایی، به طور گسترده ای به عنوان لایه عایق حرارتی در باتری های لیتیومی سه تایی استفاده می شود. ویژگی های کلیدی ایروژل عبارتند از:

رسانایی حرارتی پایین: ایرژل رسانایی حرارتی بسیار پایینی را نشان می دهد، به طور موثری هدایت گرما را در باتری جدا می کند و اتلاف گرما را به حداقل می رساند. این امر مدیریت حرارتی باتری را بهبود می بخشد و خطر داغ شدن بیش از حد را کاهش می دهد.

تخلخل بالا: ساختار منافذ بسیار باز ایروژل سطح بزرگتری را فراهم می کند، عایق را افزایش می دهد و از انتقال حرارت و نشت جریان بین اجزای داخلی باتری جلوگیری می کند. این به بهبود ایمنی باتری کمک می کند.

سبک و منعطف: ایرژل سبک وزن است و می‌توان آن را طوری قالب‌گیری کرد تا با شکل‌ها و اندازه‌های مختلف ماژول باتری بدون افزودن وزن قابل‌توجه، قالب‌گیری شود.

برد میکا: برد میکا که به دلیل مقاومت عالی در دمای بالا شناخته شده است، اغلب به عنوان یک واشر عایق حرارتی بین ماژول ها یا سلول های باتری لیتیومی سه تایی استفاده می شود. از انتقال حرارت جلوگیری می کند و خطر اتصال کوتاه را کاهش می دهد. خواص کلیدی تخته میکا عبارتند از:

خواص عایق عالی: ورق های میکا عملکرد عایق فوق العاده ای از خود نشان می دهند.

مقاومت در برابر دمای بالا: تخته‌های میکا در محیط‌های با دمای بالا، پایداری را حفظ می‌کنند و دوام را در باتری‌های خودروهای انرژی جدید که در حین کار دمای بالایی ایجاد می‌کنند، تضمین می‌کنند. برد میکا در برابر دمای بالا در ماژول باتری مقاومت می کند و از اجزای اطراف در برابر آسیب های ناشی از گرما محافظت می کند.

در نتیجه، باتری‌های فسفات آهن لیتیوم و باتری‌های لیتیومی سه تایی از محلول‌های مواد مختلف برای حفاظت در برابر آتش و اقدامات ایمنی عایق حرارتی استفاده می‌کنند. باتری های LiFePO4 اغلب از مواد پلی پروپیلن ریز متخلخل استفاده می کنند.