Danas razne automobilske kompanije u velikoj mjeri koriste litijumske baterije u energetskim baterijama, a gustina energije postaje sve veća i veća, ali ljudi su i dalje zbunjeni sigurnošću energetskih baterija i to nije dobro rješenje za sigurnost baterija. Termički odlazak je glavni predmet istraživanja sigurnosti energetskih baterija i vrijedi se na njega fokusirati.
Prije svega, da shvatimo šta je termalni bijeg. Termalni bijeg je lančana reakcija koju pokreću različiti okidači, što rezultira velikom količinom toplote i štetnih gasova koje baterija emituje u kratkom vremenskom periodu, što u ozbiljnim slučajevima može čak uzrokovati da se baterija zapali i eksplodira. Postoji mnogo razloga za pojavu termalnog bijega, kao što su pregrijavanje, prekomjerno punjenje, unutrašnji kratki spoj, sudar itd. Termalni bijeg baterije često počinje raspadanjem negativnog SEI filma u ćeliji baterije, nakon čega slijedi raspadanje i topljenje dijafragme, što rezultira negativnom elektrodom i elektrolitom, a zatim raspadanje i pozitivne elektrode i elektrolita, što izaziva veliki unutrašnji kratki spoj, uzrokujući sagorijevanje elektrolita, koji se zatim širi na druge ćelije, uzrokujući ozbiljno termalno bijeg i omogućavajući cijelom baterijskom paketu da proizvede spontano sagorijevanje.
Uzroci termičkog odbijanja mogu se podijeliti na unutrašnje i vanjske uzroke. Unutrašnji uzroci su često posljedica unutrašnjih kratkih spojeva; vanjski uzroci su posljedica mehaničkog oštećenja, električnog oštećenja, termičkog oštećenja itd.
Unutrašnji kratki spoj, koji predstavlja direktan kontakt između pozitivnog i negativnog pola baterije, uveliko varira u stepenu kontakta i naknadnoj reakciji koja se pokreće. Obično će masivni unutrašnji kratki spoj uzrokovan mehaničkim i termičkim oštećenjem direktno izazvati termalni gubitak. Nasuprot tome, unutrašnji kratki spojevi koji se sami razvijaju relativno su mali, a toplota koju generišu je toliko mala da ne izazivaju odmah termalni gubitak. Unutrašnji kratki spojevi obično uključuju proizvodne nedostatke, pogoršanje različitih svojstava uzrokovano starenjem baterije, kao što su povećani unutrašnji otpor, naslage litijuma uzrokovane dugotrajnom blagom zloupotrebom itd. Kako vrijeme prolazi, rizik od unutrašnjeg kratkog spoja uzrokovanog takvim unutrašnjim uzrocima će se postepeno povećavati.
Mehaničko oštećenje odnosi se na deformaciju monomera litijum baterije i baterijskog paketa pod djelovanjem vanjske sile, te relativno pomjeranje različitih dijelova samog paketa. Glavni oblici oštećenja električne ćelije uključuju sudar, ekstruziju i probijanje. Na primjer, strani predmet kojeg je vozilo dodirnulo velikom brzinom direktno je doveo do kolapsa unutrašnje dijafragme baterije, što je zauzvrat izazvalo kratki spoj unutar baterije i izazvalo spontano sagorijevanje u kratkom vremenskom periodu.
Električna zloupotreba litijumskih baterija uglavnom uključuje eksterni kratki spoj, prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje u nekoliko oblika, što najvjerovatnije može dovesti do termičkog bijega do prekomjernog punjenja. Eksterni kratki spoj nastaje kada su dva provodnika sa diferencijalnim pritiskom spojena izvan ćelije. Eksterni kratki spojevi u baterijskim paketima mogu biti posljedica deformacije uzrokovane sudarima vozila, uranjanjem u vodu, kontaminacijom provodnika ili električnim udarom tokom održavanja. Tipično, toplota oslobođena iz eksternog kratkog spoja ne zagrijava bateriju, za razliku od probijanja. Važna veza između eksternog kratkog spoja i termičkog bijega je temperatura koja dostiže tačku pregrijavanja. Kada se toplota generisana eksternim kratkim spojem ne može dobro raspršiti, temperatura baterije raste i visoka temperatura izaziva termički bijeg. Stoga, prekid struje kratkog spoja ili odvođenje viška toplote su načini da se spriječi da eksterni kratki spoj izazove daljnja oštećenja. Prekomjerno punjenje, zbog svoje pune energije, jedna je od najvećih opasnosti od električne zloupotrebe. Stvaranje toplote i gasa su dvije uobičajene karakteristike procesa prekomjernog punjenja. Stvaranje toplote dolazi od omske toplote i sporednih reakcija. Prvo, litijum dendriti rastu na površini anode zbog prekomjernog ugrađivanja litijuma.
Mjere zaštite od termičkog odbijanja:
U fazi samogenerisane toplote, kako bismo spriječili termalni gubitak jezgra, imamo dvije mogućnosti. Jedna je poboljšanje i nadogradnja materijala jezgra. Suština termalnog gubitka uglavnom leži u stabilnosti materijala pozitivnih i negativnih elektroda i elektrolita. U budućnosti, također moramo napraviti veće napredak u premazivanju katodnog materijala, modifikaciji, kompatibilnosti homogenog elektrolita i elektrode te poboljšanju termičke provodljivosti jezgra. Ili odabrati elektrolit s visokom sigurnošću kako bi se postigao učinak usporavanja plamena. Drugo, potrebno je usvojiti efikasna rješenja za upravljanje toplotom (PTC grijač rashladne tečnosti/ PTC grijač zraka) izvana kako bi se suzbio porast temperature Li-ionske baterije, kako bi se osiguralo da SEI film ćelije neće dostići temperaturu rastvaranja i, naravno, neće doći do termalnog bijega.
Vrijeme objave: 17. mart 2023.
