I dag bruker diverse bilprodusenter litiumbatterier i stor skala i kraftbatterier, og energitettheten blir stadig høyere, men folk er fortsatt farget av sikkerheten til kraftbatterier, og det er ikke en god løsning for batterisikkerheten. Termisk runaway er hovedforskningsobjektet innen kraftbatterisikkerhet, og det er verdt å fokusere på.
La oss først forstå hva termisk runaway er. Termisk runaway er et kjedereaksjonsfenomen utløst av forskjellige triggere, noe som resulterer i at batteriet slipper ut store mengder varme og skadelige gasser i løpet av kort tid. Dette kan til og med føre til at batteriet tar fyr og eksploderer i alvorlige tilfeller. Det er mange årsaker til termisk runaway, som overoppheting, overlading, intern kortslutning, kollisjon osv. Termisk runaway i batteriet starter ofte med nedbrytning av den negative SEI-filmen i battericellen, etterfulgt av nedbrytning og smelting av membranen, noe som resulterer i den negative elektroden og elektrolytten, etterfulgt av nedbrytning av både den positive elektroden og elektrolytten, noe som utløser en storstilt intern kortslutning som får elektrolytten til å brenne, som deretter sprer seg til andre celler, noe som forårsaker en alvorlig termisk runaway og lar hele batteripakken produsere spontan forbrenning.
Årsakene til termisk runaway kan deles inn i interne og eksterne årsaker. Interne årsaker skyldes ofte interne kortslutninger; eksterne årsaker skyldes mekanisk slitasje, elektrisk slitasje, termisk slitasje osv.
En intern kortslutning, som er en direkte kontakt mellom batteriets positive og negative poler, varierer mye i graden av kontakt og den påfølgende reaksjonen som utløses. Vanligvis vil en massiv intern kortslutning forårsaket av mekanisk og termisk påvirkning direkte utløse termisk runs. I motsetning til dette er interne kortslutninger som utvikler seg av seg selv relativt små, og varmen den genererer er så liten at den ikke umiddelbart utløser termisk runs. Intern selvutvikling inkluderer ofte produksjonsfeil, forringelse av ulike egenskaper forårsaket av batterialdring, for eksempel økt intern motstand, litiummetallavleiringer forårsaket av langvarig mild misbruk, osv. Etter hvert som tiden går, vil risikoen for intern kortslutning forårsaket av slike interne årsaker gradvis øke.
Mekanisk mishandling refererer til deformasjon av litiumbatteriets monomer og batteripakken under påvirkning av ytre krefter, og den relative forskyvningen av ulike deler av batteripakken. De viktigste formene for påvirkning av den elektriske cellen inkluderer kollisjon, ekstrudering og punktering. For eksempel kan et fremmedlegeme som berøres av kjøretøyet i høy hastighet, føre direkte til at batteriets indre membran kollapser, noe som igjen forårsaket en kortslutning i batteriet og utløste spontan antennelse i løpet av kort tid.
Elektrisk misbruk av litiumbatterier inkluderer vanligvis ekstern kortslutning, overlading og overutlading i flere former, noe som mest sannsynlig vil utvikle seg til termisk runaway med overlading som følge av elektrisk støt. Ekstern kortslutning oppstår når to ledere med differensialtrykk er koblet utenfor cellen. Eksterne kortslutninger i batteripakker kan skyldes deformasjon forårsaket av bilkollisjoner, vannnedsenking, forurensning av ledere eller elektrisk støt under vedlikehold. Vanligvis varmer ikke varmen som frigjøres fra en ekstern kortslutning batteriet, i motsetning til en punktering. Den viktige koblingen mellom en ekstern kortslutning og termisk runaway er temperaturen som når overopphetingspunktet. Det er når varmen som genereres av den eksterne kortslutningen ikke kan avledes godt at batteritemperaturen stiger, og den høye temperaturen utløser termisk runaway. Derfor er det å kutte kortslutningsstrømmen eller avlede overflødig varme måter å forhindre at den eksterne kortslutningen forårsaker ytterligere skade. Overlading, på grunn av dens energi, er en av de største farene ved elektrisk misbruk. Generering av varme og gass er to vanlige trekk ved overladingsprosessen. Varmegenereringen kommer fra ohmsk varme og sidereaksjoner. For det første vokser litiumdendritter på anodeoverflaten på grunn av overdreven litiuminnlemming.
Tiltak for termisk beskyttelse mot runaway:
I den selvgenererte varmefasen for å hemme termisk runaway i kjernen, har vi to alternativer. Det ene er å forbedre og oppgradere kjernematerialet. Essensen av termisk runaway ligger hovedsakelig i stabiliteten til de positive og negative elektrodematerialene og elektrolytten. I fremtiden må vi også gjøre større gjennombrudd innen belegg av katodemateriale, modifisering, kompatibilitet av homogen elektrolytt og elektrode, og forbedring av kjernens varmeledningsevne. Eller velg en elektrolytt med høy sikkerhet for å ha en flammehemmende effekt. For det andre er det nødvendig å ta i bruk effektive termiske styringsløsninger (PTC kjølevæskevarmer/ PTC-luftvarmer) fra utsiden for å undertrykke temperaturøkningen på Li-ion-batteriet, slik at SEI-filmen i cellen ikke stiger til oppløsningstemperaturen, og naturlig nok vil det ikke oppstå termisk runaway.
Publisert: 17. mars 2023
