Obecnie wiele firm samochodowych na szeroką skalę stosuje akumulatory litowe w akumulatorach, a gęstość energii stale rośnie. Jednak ludzie wciąż nie rozumieją znaczenia bezpieczeństwa akumulatorów, co nie jest dobrym rozwiązaniem. Ucieczka termiczna jest głównym przedmiotem badań nad bezpieczeństwem akumulatorów i warto się na niej skupić.
Przede wszystkim, wyjaśnijmy, czym jest niekontrolowany wzrost temperatury (termiczny). Niekontrolowany wzrost temperatury to zjawisko reakcji łańcuchowej, wywoływane przez różne czynniki, powodujące emisję dużej ilości ciepła i szkodliwych gazów z akumulatora w krótkim czasie, co może nawet spowodować zapłon, a w poważnych przypadkach wybuch akumulatora. Istnieje wiele przyczyn występowania niekontrolowanego wzrostu temperatury, takich jak przegrzanie, przeładowanie, zwarcie wewnętrzne, zderzenie itp. Niekontrolowany wzrost temperatury akumulatora często rozpoczyna się od rozkładu ujemnej warstwy SEI w ogniwie akumulatora, a następnie rozkładu i stopienia membrany, co powoduje rozprzestrzenienie się ujemnej elektrody i elektrolitu, a następnie rozkładu zarówno dodatniej elektrody, jak i elektrolitu, wywołując w ten sposób rozległe zwarcie wewnętrzne, powodując spalenie elektrolitu, który następnie rozprzestrzenia się na inne ogniwa, powodując poważny niekontrolowany wzrost temperatury i umożliwiając samozapłon całego akumulatora.
Przyczyny niekontrolowanego wzrostu temperatury można podzielić na wewnętrzne i zewnętrzne. Przyczyny wewnętrzne często wynikają ze zwarć wewnętrznych; przyczyny zewnętrzne to uszkodzenia mechaniczne, elektryczne, termiczne itp.
Zwarcie wewnętrzne, czyli bezpośredni kontakt między dodatnim a ujemnym biegunem akumulatora, różni się znacznie pod względem stopnia kontaktu i wywołanej reakcji. Zazwyczaj poważne zwarcie wewnętrzne spowodowane nadużyciem mechanicznym i termicznym bezpośrednio wywołuje niekontrolowany wzrost temperatury. Natomiast samoistne zwarcia wewnętrzne są stosunkowo nieznaczne, a generowane ciepło jest tak małe, że nie powoduje natychmiastowego niekontrolowanego wzrostu temperatury. Samoistny rozwój zwarć wewnętrznych zazwyczaj obejmuje wady produkcyjne, pogorszenie różnych właściwości spowodowane starzeniem się akumulatora, takie jak zwiększona rezystancja wewnętrzna, osady litu spowodowane długotrwałym, łagodnym użytkowaniem itp. Wraz z upływem czasu ryzyko wystąpienia zwarcia wewnętrznego spowodowanego takimi przyczynami będzie stopniowo rosło.
Nadużycia mechaniczne odnoszą się do odkształcenia monomeru baterii litowej i zestawu baterii pod wpływem siły zewnętrznej oraz względnego przemieszczenia poszczególnych jego części. Główne formy uszkodzenia ogniwa elektrycznego to zderzenie, wyciśnięcie i przebicie. Na przykład, dotknięcie ciała obcego przez pojazd jadący z dużą prędkością bezpośrednio doprowadziło do zapadnięcia się wewnętrznej membrany akumulatora, co z kolei spowodowało zwarcie w akumulatorze i samozapłon w krótkim czasie.
Przeciążenia elektryczne akumulatorów litowych obejmują zazwyczaj zwarcie zewnętrzne, przeładowanie i nadmierne rozładowanie, które najprawdopodobniej rozwiną się w niekontrolowany wzrost temperatury, prowadząc do przeładowania. Zwarcie zewnętrzne występuje, gdy dwa przewody o różnym ciśnieniu są połączone na zewnątrz ogniwa. Zwarcia zewnętrzne w akumulatorach mogą być spowodowane odkształceniem spowodowanym kolizją pojazdu, zanurzeniem w wodzie, zanieczyszczeniem przewodu lub porażeniem prądem elektrycznym podczas konserwacji. Zazwyczaj ciepło wydzielane podczas zwarcia zewnętrznego nie nagrzewa akumulatora, w przeciwieństwie do przebicia. Ważnym ogniwem między zwarciem zewnętrznym a niekontrolowanym wzrostem temperatury jest osiągnięcie temperatury przegrzania. Temperatura akumulatora wzrasta, gdy ciepło generowane przez zwarcie zewnętrzne nie może być dobrze rozproszone, a wysoka temperatura powoduje niekontrolowany wzrost temperatury. Dlatego odcięcie prądu zwarciowego lub rozproszenie nadmiaru ciepła to sposoby zapobiegania dalszym uszkodzeniom spowodowanym przez zwarcie zewnętrzne. Przeładowanie, ze względu na dużą ilość energii, jest jednym z największych zagrożeń związanych z przeciążeniem elektrycznym. Wytwarzanie ciepła i gazu to dwie typowe cechy procesu przeładowania. Ciepło generowane jest przez ciepło omowe i reakcje uboczne. Najpierw dendryty litu rosną na powierzchni anody z powodu nadmiernego osadzania litu.
Środki ochrony przed niekontrolowanym wzrostem temperatury:
W samoczynnie generowanym etapie ogrzewania, aby zapobiec niekontrolowanemu wzrostowi temperatury rdzenia, mamy dwie możliwości. Po pierwsze, ulepszyć i ulepszyć materiał rdzenia. Istota niekontrolowanego wzrostu temperatury leży głównie w stabilności dodatnich i ujemnych materiałów elektrod oraz elektrolitu. W przyszłości konieczne będzie również dokonanie większych przełomów w zakresie powlekania katod, modyfikacji, kompatybilności jednorodnego elektrolitu i elektrody oraz poprawy przewodności cieplnej rdzenia. Można również wybrać elektrolit o wysokim poziomie bezpieczeństwa, aby uzyskać efekt zmniejszający palność. Po drugie, konieczne jest wdrożenie efektywnych rozwiązań w zakresie zarządzania temperaturą (Podgrzewacz płynu chłodzącego PTC/ Podgrzewacz powietrza PTC) z zewnątrz, aby stłumić wzrost temperatury akumulatora litowo-jonowego i zapewnić, że warstwa SEI ogniwa nie wzrośnie do temperatury rozpuszczenia, co naturalnie zapobiegnie niekontrolowanemu wzrostowi temperatury.
Czas publikacji: 17 marca 2023 r.
