Сьогодні різні автомобільні компанії широко використовують літієві акумулятори в силових акумуляторах, і щільність енергії стає все більшою і більшою, але люди все ще стурбовані безпекою силових акумуляторів, і це не є найкращим рішенням для їх безпеки. Тепловий втеча є основним об'єктом дослідження безпеки силових акумуляторів, і на ньому варто зосередитися.
Перш за все, давайте розберемося, що таке тепловий вибух. Тепловий вибух – це ланцюгова реакція, що викликається різними факторами, в результаті якої акумулятор виділяє велику кількість тепла та шкідливих газів протягом короткого періоду часу, що у серйозних випадках може навіть призвести до займання та вибуху акумулятора. Існує багато причин виникнення теплового вибуху, таких як перегрів, перезаряджання, внутрішнє коротке замикання, зіткнення тощо. Тепловий вибух акумулятора часто починається з розкладання негативної плівки SEI в елементі акумулятора, після чого відбувається розкладання та плавлення діафрагми, що призводить до утворення негативного електрода та електроліту, а потім розкладання як позитивного електрода, так і електроліту, що викликає масштабне внутрішнє коротке замикання, що призводить до горіння електроліту, який потім поширюється на інші елементи, спричиняючи серйозний тепловий вибух та дозволяючи всьому акумуляторному блоку самозайматися.
Причини теплового витоку можна розділити на внутрішні та зовнішні. Внутрішні причини часто зумовлені внутрішніми короткими замиканнями; зовнішні причини – механічними пошкодженнями, електричними пошкодженнями, перегрівом тощо.
Внутрішнє коротке замикання, яке являє собою прямий контакт між позитивним і негативним виводами акумулятора, значно варіюється за ступенем контакту та подальшою реакцією, що запускається. Зазвичай масивне внутрішнє коротке замикання, спричинене механічним та термічним впливом, безпосередньо викликає тепловий розгін. Навпаки, внутрішні короткі замикання, які розвиваються самостійно, є відносно незначними, а тепло, яке вони генерують, настільки мале, що не одразу викликає тепловий розгін. Внутрішнє саморозвиток зазвичай включає виробничі дефекти, погіршення різних властивостей, спричинене старінням акумулятора, такі як підвищений внутрішній опір, відкладення металевого літію, спричинені тривалим незначним неправильним використанням тощо. З часом ризик внутрішнього короткого замикання, спричиненого такими внутрішніми причинами, поступово зростатиме.
Механічне пошкодження означає деформацію мономера літієвої батареї та акумуляторного блоку під дією зовнішньої сили, а також відносне зміщення різних частин самого акумулятора. Основні форми пошкодження електричного елемента включають зіткнення, екструзію та прокол. Наприклад, сторонній предмет, до якого торкався транспортний засіб на високій швидкості, безпосередньо призвів до руйнування внутрішньої діафрагми акумулятора, що, у свою чергу, спричинило коротке замикання всередині акумулятора та спровокувало самозаймання протягом короткого періоду часу.
Електричне зловживання літієвими батареями зазвичай включає зовнішнє коротке замикання, перезаряд, перерозрядку в кількох формах, що, найімовірніше, переросте в тепловий вибух та перезаряд. Зовнішнє коротке замикання виникає, коли два провідники з різницею тиску з'єднані поза елементом. Зовнішні короткі замикання в акумуляторних батареях можуть бути спричинені деформацією, спричиненою зіткненнями транспортних засобів, зануренням у воду, забрудненням провідника або ураженням електричним струмом під час технічного обслуговування. Як правило, тепло, що виділяється від зовнішнього короткого замикання, не нагріває батарею, на відміну від пробою. Важливою зв'язком між зовнішнім коротким замиканням та тепловим вибухом є температура, що досягає точки перегріву. Саме коли тепло, що генерується зовнішнім коротким замиканням, не може добре розсіюватися, температура батареї підвищується, і висока температура викликає тепловий вибух. Тому відключення струму короткого замикання або розсіювання надлишкового тепла є способами запобігання подальшим пошкодженням внаслідок зовнішнього короткого замикання. Перезаряд, через його високу енергію, є однією з найбільших небезпек електричного зловживання. Виділення тепла та газу є двома поширеними рисами процесу перезарядки. Виділення тепла відбувається внаслідок омічного тепла та побічних реакцій. По-перше, дендрити літію ростуть на поверхні анода через надмірне вбудовування літію.
Заходи захисту від теплового витоку:
На етапі самогенерованого тепла, щоб запобігти тепловому виходу осердя, у нас є два варіанти: по-перше, покращити та модернізувати матеріал осердя. Суть теплового виходу полягає головним чином у стабільності матеріалів позитивного та негативного електродів та електроліту. У майбутньому нам також потрібно зробити більші прориви в покритті катодного матеріалу, модифікації, сумісності гомогенного електроліту та електрода, а також покращити теплопровідність осердя. Або ж вибрати електроліт з високою безпекою, щоб відтворити ефект вогнезахисного покриття. По-друге, необхідно впровадити ефективні рішення для терморегуляції (Підігрівач охолоджувальної рідини PTC/ Повітряний нагрівач PTC) ззовні, щоб придушити підвищення температури літій-іонного акумулятора, щоб гарантувати, що плівка SEI елемента не підніметься до температури розчинення, і, природно, не відбудеться теплового розгону.
Час публікації: 17 березня 2023 р.
