Com a font d'energia bàsica per als dispositius electrònics moderns i els vehicles elèctrics, les bateries d'ions de liti-s'utilitzen àmpliament en telèfons intel·ligents, vehicles elèctrics (EV) i vehicles elèctrics lleugers personals (PLEV) com ara patinets i bicicletes e-e{2}}. Malgrat els seus avantatges d'alta densitat d'energia, cicle de vida llarg i càrrega ràpida, la fuga tèrmica (TR) segueix sent el perill de seguretat més greu de les bateries d'ions de liti-. Quan la temperatura de la bateria supera un llindar crític (normalment 150-180 graus), activa un cicle d'autoescalfament incontrolable, que allibera una gran quantitat de calor i gasos tòxics, provocant incendis o fins i tot explosions.
Amb l'ocurrència freqüent d'accidents d'incendi de bateries PLEV, s'ha tornat especialment urgent entendre profundament el mecanisme de fuga tèrmica i prendre mesures preventives. Aquest article realitzarà una anàlisi sistemàtica des del mecanisme fins a les solucions.
I. Característiques essencials de la fuga tèrmica
La fuga tèrmica és una reacció química en cadena que es produeix quan la velocitat de generació de calor dins d'una bateria d'ions de liti{0}}supera la seva capacitat de dissipació de calor, amb la característica d'acceleració autosostenible fins que es consumeixen tots els combustibles de la bateria. Les seves manifestacions principals inclouen:
1. Pujada incontrolable de la temperatura
- Llindar d'activació: es produeixen reaccions exotèrmiques entre els materials d'electròlit i elèctrode a 150-180 graus.
- Velocitat d'augment de la temperatura: la calor alliberada per la reacció pot fer que la temperatura es dispari per sobre dels 1000 graus.
- Risc de propagació: les altes temperatures poden provocar la propagació tèrmica a les cèl·lules de la bateria adjacents.
2. Erupció de gas i ruptura de closca
- Composició del gas: la descomposició d'electròlits produeix gasos inflamables i tòxics com l'hidrogen i el monòxid de carboni.
- Acumulació de pressió: un augment sobtat de la pressió interna de la carcassa segellada provoca la ruptura.
- Desastres secundaris: els gasos en erupció poden explotar quan es troben espurnes.
3. Incendi i emissió de gasos tòxics
- Característiques de la combustió: la temperatura de la flama supera els 1000 graus i els materials del càtode es descomponen per alliberar oxigen que suporta la combustió.
- El mètode tradicional d'extinció d'incendis per asfixia és ineficaç i requereix un control de refrigeració continu.
- Emissions tòxiques: Alliberament de gasos corrosius com l'àcid fluorhídric (HF), que perjudica les vies respiratòries.
4. Mecanisme de Propagació Tèrmica
II. Anàlisi de quatre factors inductors per a la fuga tèrmica
1. Abús mecànic
- Col·lisió i punxada: les forces externes causen danys al separador, provocant curtcircuits interns (p. ex., accidents de caiguda d'-vehicles).
- Fatiga per vibració: la vibració contínua provoca micro-esquerdes als elèctrodes, augmentant el risc de sobreescalfament local.
- Suggeriments de protecció d'enginyeria: en el disseny estructural dels mòduls de bateries, l'ús de connexions de tires de coure SMT d'alta -resistencia pot millorar l'estabilitat mecànica i reduir els micro-danys induïts per vibracions-.
2. Abús elèctric
- La sobrecàrrega o sobredescàrrega provoca el deteriorament de l'estructura interna
- Overcharging (>4,2 V/cel·la): el revestiment de liti a l'ànode forma dendrites que penetren al separador.
- Sobre{0}}descàrrega (<2.5V/cell): Dissolution of copper current collectors leads to internal short circuits.
- Error del BMS: el sistema de gestió de la bateria no funciona i no pot evitar estats anormals.
3. Abús tèrmic
- Temperatura ambient elevada: les bateries s'exposen a entorns superiors als 60 graus (per exemple, dins de vehicles sota llum solar intensa).
- Dissipació de calor insuficient: les bateries dels mòduls s'apilen massa densament, provocant una acumulació de calor.
- Defectes de gestió tèrmica: manca de disseny efectiu del camí de dissipació de calor.
4. Defectes de fabricació
- Impureses metàl·liques: les partícules metàl·liques de mida -micra que queden en el procés de producció penetren al separador.
- Defectes del separador: el recobriment desigual condueix a una fallada local d'aïllament.
- Cèl·lules inferiors: les bateries falsificades no tenen vàlvules de seguretat (CID) i protecció de coeficient de temperatura positiu (PTC).
Ⅲ.Sistema de tecnologia de prevenció de fugida tèrmica
1. Millores en el disseny de la gestió tèrmica
- Barreres d'aïllament tèrmic: s'utilitzen recobriments ceràmics/materials d'aerogel per retardar la propagació tèrmica.
- Sistemes de refrigeració: EVs: canonades de circulació de refrigeració líquida; PLEVs: dissipadors de calor millorats + disseny de refrigeració per aire.
- Optimització estructural: a nivell de mòdul, un disseny raonable de tires de coure SMT d'alta conductivitat tèrmica pot establir camins de dissipació de calor laterals eficients i combinats amb materials de canvi de fase per millorar l'equilibri tèrmic.
2. Sistema de gestió de la bateria intel·ligent (BMS)
- Supervisió triple: detecció-en temps real de tensió, corrent i temperatura.
- Protecció activa: tall-automàtic per sobrecàrrega/sobre-descàrrega; Equilibri dinàmic de les tensions de les cèl·lules.
- Mecanisme d'alerta primerenca: transmissió sense fil de senyals d'alarma anormals.
3. Materials intrínsecament segurs
Comparació de diferents materials de bateries
4. Mesures de protecció-de l'usuari
- Especificacions de càrrega: utilitzeu carregadors originals; Eviteu la càrrega durant la nit; Mantenir un nivell de càrrega entre el 20% i el 80%.
- Requisits d'emmagatzematge: Entorn fresc i ventilat, lluny de substàncies inflamables.
- Identificació d'anomalies: deixa d'utilitzar-lo immediatament quan es trobi una protuberància o una olor peculiar.
Ⅳ. Tecnologies-de monitorització d'avantguarda
- Estàndards normatius: fer complir les certificacions de seguretat com UL 2271 i IEC 62619.
- Responsabilitats del fabricant: Establir un sistema de traçabilitat cel·lular; Eliminar la circulació de bateries inferiors.
- Innovació tecnològica: promoure la tecnologia de terminals de soldadura làser per garantir la fiabilitat de les connexions elèctriques i reduir el sobreescalfament local causat per la resistència de contacte.
Ⅴ.Conclusió
Amb el ràpid desenvolupament de les indústries del transport elèctric i l'emmagatzematge d'energia, la prevenció de la fugida tèrmica de la bateria d'ions de liti- requereix una col·laboració multi-dimensional en recerca i desenvolupament de materials, disseny d'enginyeria i formació dels usuaris. Mitjançant l'optimització dels dissenys de gestió tèrmica (com ara els esquemes de conducció de calor de tires de coure SMT), la popularització de sistemes BMS intel·ligents i la promoció de sistemes químics segurs com LFP, podem construir un ecosistema d'emmagatzematge d'energia més fiable.
