Ignition Inhibition of Dialkyl Carbonate Solvents used in Lithium-Ion Batteries via Fluorination

通过氟化抑制锂离子电池中使用的碳酸二烷基酯溶剂的着火

基本信息

项目摘要

Lithium-ion batteries play a key role in our daily life and are essential for transforming the mobility sector towards a post-fossil era. The ion transport in such batteries is typically facilitated via electrolytes which require solution in a liquid to maintain charge transfer. In this context, carbonates are widely used solvents for lithium-ion batteries, yet these highly flammable compounds pose a thread during battery operation. Mechanical, electrical, or thermal stress can cause battery fires which are fueled by the carbonate solvents. A promising approach to improve the ignition and fire safety of lithium-ion batteries is the use of fluorinated carbonate solvents. Despite their potential for reducing ignition tendency, the fundamental combustion characteristics of these fluorinated carbonates are not yet thoroughly investigated. In the proposed research, experiments in a shock tube and a rapid compression machine in combination with ab initio calculations will allow developing consistent and validated detailed chemical kinetic models for predicting the combustion behavior of fluorinated dialkyl carbonates. This combustion behavior will be compared to that of the non-fluorinated, i.e. regular, dialkyl carbonate counterparts to gain an in-depth understanding of the effect of fluorination on the combustion chemistry. The proposed theoretical, modeling, and experimental research on regular and fluorinated dimethyl, ethyl methyl, and diethyl carbonate will be the first systematic investigation and will critically add to the solvent design process which is required to prepare current solvent technologies for the increasing demand for safe lithium-ion batteries.
锂离子电池在我们的日常生活中起着关键作用,对于将移动性部门转变为化石时代至关重要。通常通过电解质促进此类电池中的离子传输,这些电解质需要液体中的溶液以保持电荷转移。在这种情况下,碳酸盐是锂离子电池的广泛使用的溶剂,但是这些高度易燃化合物在电池运行过程中构成了螺纹。机械,电或热应力会导致电池火灾被碳酸盐溶剂加油。提高锂离子电池的点火和消防安全性的有前途的方法是使用氟化碳酸盐溶剂。尽管它们有可能减少点火趋势,但这些氟化碳酸盐的基本燃烧特性尚未得到彻底研究。在拟议的研究中,冲击管中的实验和快速压缩机与从头算计算结合使用,将允许开发一致且经过验证的详细化学动力学模型,以预测氟化二二键型碳酸盐的燃烧行为。这种燃烧行为将与非氟化的(即常规的二甲酸二烷基)进行比较,以深入了解氟化对燃烧化学的影响。提出的关于规则和氟化二甲基,乙基和碳酸二乙酯的理论,建模和实验研究将是首次进行系统研究,并将严格添加到溶剂设计过程中,这是为当前溶剂技术准备对安全锂液体电池不断增长的需求的准备。

项目成果

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