Danas razne automobilske tvrtke u velikoj mjeri koriste litijeve baterije u energetskim baterijama, a gustoća energije postaje sve veća i veća, ali ljudi su i dalje zabrinuti zbog sigurnosti baterija i to nije dobro rješenje za sigurnost baterija. Toplinski bijeg glavni je istraživački predmet sigurnosti baterija i vrijedi se usredotočiti na njega.
Prije svega, shvatimo što je toplinski bijeg. Toplinski bijeg je lančana reakcija koju pokreću različiti okidači, što rezultira velikom količinom topline i štetnih plinova koje baterija emitira u kratkom vremenskom razdoblju, što u ozbiljnim slučajevima može čak uzrokovati paljenje i eksploziju baterije. Postoji mnogo razloga za pojavu toplinskog bijega, kao što su pregrijavanje, prekomjerno punjenje, unutarnji kratki spoj, sudar itd. Toplinski bijeg baterije često počinje raspadanjem negativnog SEI filma u baterijskoj ćeliji, nakon čega slijedi raspadanje i taljenje dijafragme, što rezultira negativnom elektrodom i elektrolitom, a zatim raspadanje i pozitivne elektrode i elektrolita, što izaziva veliki unutarnji kratki spoj, uzrokujući izgaranje elektrolita, koji se zatim širi na druge ćelije, uzrokujući ozbiljno toplinsko bijeg i omogućujući cijelom baterijskom paketu da proizvede spontano izgaranje.
Uzroci termičkog bijega mogu se podijeliti na unutarnje i vanjske uzroke. Unutarnji uzroci često su posljedica unutarnjih kratkih spojeva; vanjski uzroci su posljedica mehaničkog oštećenja, električnog oštećenja, termičkog oštećenja itd.
Unutarnji kratki spoj, koji predstavlja izravan kontakt između pozitivnog i negativnog pola baterije, uvelike varira u stupnju kontakta i naknadnoj reakciji koja se pokreće. Obično će masivni unutarnji kratki spoj uzrokovan mehaničkim i toplinskim oštećenjem izravno izazvati toplinsko preopterećenje. Nasuprot tome, unutarnji kratki spojevi koji se razvijaju sami od sebe relativno su mali, a toplina koju stvaraju toliko je mala da ne izazivaju odmah toplinsko preopterećenje. Unutarnji samorazvoj obično uključuje proizvodne nedostatke, pogoršanje različitih svojstava uzrokovano starenjem baterije, kao što su povećani unutarnji otpor, naslage litijevog metala uzrokovane dugotrajnom blagom nepravilnom upotrebom itd. Kako vrijeme prolazi, rizik od unutarnjeg kratkog spoja uzrokovanog takvim unutarnjim uzrocima postupno će se povećavati.
Mehaničko oštećenje odnosi se na deformaciju monomera litijeve baterije i baterijskog sklopa pod djelovanjem vanjske sile te relativno pomicanje različitih dijelova samog sklopa. Glavni oblici oštećenja električne ćelije uključuju sudar, ekstruziju i probijanje. Na primjer, strani predmet kojeg je vozilo dodirnulo velikom brzinom izravno je doveo do kolapsa unutarnje dijafragme baterije, što je zauzvrat uzrokovalo kratki spoj unutar baterije i izazvalo spontano izgaranje u kratkom vremenskom razdoblju.
Električna zloupotreba litijevih baterija općenito uključuje vanjski kratki spoj, prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje u nekoliko oblika, što najvjerojatnije može dovesti do toplinskog bijega do prekomjernog punjenja. Vanjski kratki spoj nastaje kada su dva vodiča s diferencijalnim tlakom spojena izvan ćelije. Vanjski kratki spojevi u baterijskim paketima mogu biti posljedica deformacije uzrokovane sudarima vozila, uranjanjem u vodu, kontaminacijom vodiča ili električnim udarom tijekom održavanja. Tipično, toplina oslobođena iz vanjskog kratkog spoja ne zagrijava bateriju, za razliku od probijanja. Važna veza između vanjskog kratkog spoja i toplinskog bijega je temperatura koja doseže točku pregrijavanja. Kada se toplina stvorena vanjskim kratkim spojem ne može dobro raspršiti, temperatura baterije raste, a visoka temperatura pokreće toplinski bijeg. Stoga su prekid struje kratkog spoja ili raspršivanje viška topline načini sprječavanja daljnjeg oštećenja uzrokovanog vanjskim kratkim spojem. Prekomjerno punjenje, zbog svoje pune energije, jedna je od najvećih opasnosti električne zloupotrebe. Stvaranje topline i plina dvije su uobičajene značajke procesa prekomjernog punjenja. Stvaranje topline dolazi od omske topline i nuspojava. Prvo, litijevi dendriti rastu na površini anode zbog prekomjernog ugrađivanja litija.
Mjere zaštite od toplinskog udara:
U fazi samogenerirane topline, kako bismo spriječili toplinsko bijeg jezgre, imamo dvije mogućnosti. Jedna je poboljšanje i nadogradnja materijala jezgre. Bit toplinskog bijega uglavnom leži u stabilnosti materijala pozitivnih i negativnih elektroda i elektrolita. U budućnosti ćemo također morati napraviti veće napredak u premazivanju katodnog materijala, modifikaciji, kompatibilnosti homogenog elektrolita i elektrode te poboljšanju toplinske vodljivosti jezgre. Ili odabrati elektrolit s visokom sigurnošću kako bismo postigli učinak usporavanja plamena. Drugo, potrebno je usvojiti učinkovita rješenja za upravljanje toplinom (PTC grijač rashladne tekućine/ PTC grijač zraka) izvana kako bi se suzbio porast temperature litij-ionske baterije, kako bi se osiguralo da SEI film ćelije neće dosegnuti temperaturu otapanja i, naravno, neće doći do toplinskog bijega.
Vrijeme objave: 17. ožujka 2023.
