Tepelný únik lítium-iónovej batérie a analýza materiálu

Rôzne automobilky dnes vo veľkom meradle používajú lítiové batérie v elektrických batériách a hustota energie sa zvyšuje a zvyšuje, no ľudia sú stále znepokojení bezpečnosťou elektrických batérií a nie je to dobré riešenie pre ich bezpečnosť. Tepelný únik je hlavným predmetom výskumu bezpečnosti elektrických batérií a stojí za to sa naň zamerať.

Najprv si povieme, čo je tepelný únik. Tepelný únik je reťazová reakcia spúšťaná rôznymi spúšťačmi, ktorá vedie k uvoľneniu veľkého množstva tepla a škodlivých plynov z batérie v krátkom čase, čo môže vo vážnych prípadoch dokonca spôsobiť vznietenie a výbuch batérie. Existuje mnoho dôvodov na vznik tepelného úniku, ako je prehriatie, prebíjanie, vnútorný skrat, kolízia atď. Tepelný únik batérie často začína rozkladom negatívnej vrstvy SEI v článku batérie, po ktorom nasleduje rozklad a roztavenie membrány, čo vedie k zápornej elektróde a elektrolytu, a následne k rozkladu kladnej elektródy aj elektrolytu, čo spôsobuje rozsiahly vnútorný skrat, ktorý spôsobuje horenie elektrolytu, ktorý sa potom šíri do ďalších článkov, čo spôsobuje vážny tepelný únik a umožňuje celému akumulátoru samovznietiť sa.

Príčiny tepelného úniku možno rozdeliť na vnútorné a vonkajšie príčiny. Vnútorné príčiny sú často spôsobené vnútornými skratmi; vonkajšie príčiny sú spôsobené mechanickým zneužitím, elektrickým zneužitím, tepelným zneužitím atď.

Vnútorný skrat, čo je priamy kontakt medzi kladným a záporným pólom batérie, sa značne líši v stupni kontaktu a následnej spustenej reakcii. Zvyčajne rozsiahly vnútorný skrat spôsobený mechanickým a tepelným zneužitím priamo spustí tepelný únik. Naproti tomu vnútorné skraty, ktoré sa vyvinú samy o sebe, sú relatívne malé a teplo, ktoré generujú, je také malé, že okamžite nespôsobia tepelný únik. Vnútorný vývoj bežne zahŕňa výrobné chyby, zhoršenie rôznych vlastností spôsobené starnutím batérie, ako je zvýšený vnútorný odpor, usadeniny lítia spôsobené dlhodobým miernym nesprávnym používaním atď. S pribúdajúcim časom sa riziko vnútorného skratu spôsobeného takýmito vnútornými príčinami postupne zvyšuje.

Mechanické poškodenie sa vzťahuje na deformáciu monoméru lítiovej batérie a batériového bloku pôsobením vonkajšej sily a relatívny posun rôznych jeho častí. Medzi hlavné formy poškodenia elektrického článku patrí náraz, extrúzia a prepichnutie. Napríklad cudzí predmet, ktorého sa vozidlo dotklo vysokou rýchlosťou, priamo viedol k zrúteniu vnútornej membrány batérie, čo následne spôsobilo skrat v batérii a v krátkom čase spustilo samovznietenie.

Elektrické zneužívanie lítiových batérií vo všeobecnosti zahŕňa externý skrat, prebitie a prebíjanie v niekoľkých formách, ktoré sa s najväčšou pravdepodobnosťou vyvinú do tepelného úniku a následného prebitia. Externý skrat nastáva, keď sú dva vodiče s rozdielnym tlakom spojené mimo článku. Externé skraty v batériových blokoch môžu byť spôsobené deformáciou spôsobenou kolíziami vozidiel, ponorením do vody, kontamináciou vodičov alebo úrazom elektrickým prúdom počas údržby. Teplo uvoľnené z externého skratu zvyčajne neohrieva batériu, na rozdiel od prepichnutia. Dôležitým prepojením medzi externým skratom a tepelným únikom je teplota dosiahnutá bodu prehriatia. Teplo generované externým skratom sa stúpa, keď sa teplo generované externým skratom nedá dobre odviesť, teplota batérie stúpa a vysoká teplota spúšťa tepelný únik. Preto je prerušenie skratového prúdu alebo odvádzanie prebytočného tepla spôsob, ako zabrániť ďalšiemu poškodeniu externým skratom. Prebíjanie je kvôli svojej vysokej energetickej náročnosti jedným z najväčších rizík elektrického zneužívania. Vznik tepla a plynu sú dva bežné znaky procesu prebíjania. Vznik tepla pochádza z ohmického tepla a vedľajších reakcií. Po prvé, lítiové dendrity rastú na povrchu anódy v dôsledku nadmerného zabudovania lítia.