Fiind principala sursă de energie pentru dispozitivele electronice moderne și vehiculele electrice, bateriile cu litiu-ion sunt utilizate pe scară largă în telefoane inteligente, vehicule electrice (EV) și vehicule electrice ușoare personale (PLEV), cum ar fi scuterele electrice și bicicletele e-. În ciuda avantajelor lor de densitate mare de energie, ciclu lung de viață și încărcare rapidă, evaporarea termică (TR) rămâne cel mai grav pericol de siguranță al bateriilor cu litiu-ion. Când temperatura bateriei depășește un prag critic (de obicei 150-180 de grade ), aceasta declanșează un ciclu de auto-încălzire incontrolabil, eliberând o cantitate mare de căldură și gaze toxice, ducând la incendii sau chiar explozii.
Odată cu apariția frecventă a accidentelor de incendiu a bateriei PLEV, a devenit deosebit de urgent să înțelegem profund mecanismul de evadare termică și să luăm măsuri preventive. Acest articol va efectua o analiză sistematică de la mecanism la soluții.
I. Caracteristici esențiale ale fuga termică
Evadarea termică este o reacție chimică în lanț care are loc atunci când viteza de generare a căldurii în interiorul unei baterii litiu-ion depășește capacitatea de disipare a căldurii, având caracteristica accelerației auto--susținute până când toți combustibilii din baterie sunt consumați. Manifestările sale de bază includ:
1. Creșterea incontrolabilă a temperaturii
- Pragul de declanșare: reacțiile exoterme apar între electrolit și materialele electrodului la 150-180 de grade.
- Viteza de creștere a temperaturii: căldura eliberată de reacție poate determina creșterea temperaturii peste 1000 de grade.
- Risc de propagare: Temperaturile ridicate pot provoca propagarea termică în celulele bateriei adiacente.
2. Erupția gazelor și ruperea carcasei
- Compoziția gazului: Descompunerea electroliților produce gaze inflamabile și toxice, cum ar fi hidrogenul și monoxidul de carbon.
- Acumularea presiunii: O creștere bruscă a presiunii interne a carcasei etanșe duce la ruptură.
- Dezastre secundare: gazele erupte pot exploda atunci când întâlnesc scântei.
3. Incendiu și eliberare de gaze toxice
- Caracteristici de ardere: temperatura flăcării depășește 1000 de grade, iar materialele catodice se descompun pentru a elibera oxigen care susține arderea.
- Metoda tradițională de stingere a incendiilor prin sufocare este ineficientă, necesitând un control continuu al răcirii.
- Emisii toxice: Eliberarea de gaze corozive, cum ar fi acidul fluorhidric (HF), care dăunează tractului respirator.
4. Mecanismul de propagare termică
II. Analiza a patru factori inductori pentru fuga termică
1. Abuz mecanic
- Ciocnire și perforare: forțele externe provoacă deteriorarea separatorului, ducând la scurtcircuite interne (de exemplu, accidente de cădere de -vehicule).
- Oboseală prin vibrații: vibrațiile continue provoacă micro-fisuri în electrozi, crescând riscul supraîncălzirii locale.
- Sugestii de protecție tehnică: în proiectarea structurală a modulelor de baterie, utilizarea-conexiunilor de bandă de cupru SMT de înaltă rezistență poate îmbunătăți stabilitatea mecanică și poate reduce daunele-micro-induse de vibrații.
2. Abuz electric
- Supraîncărcarea sau supradescărcarea cauzează deteriorarea structurii interne
- Overcharging (>4,2 V/celulă): placarea cu litiu pe anod formează dendrite care pătrund în separator.
- Peste{0}}descărcare (<2.5V/cell): Dissolution of copper current collectors leads to internal short circuits.
- Defecțiune BMS: sistemul de gestionare a bateriei funcționează defectuos și nu poate preveni stările anormale.
3. Abuz termic
- Temperatură ambientală ridicată: bateriile sunt expuse la medii de peste 60 de grade (de exemplu, în interiorul vehiculelor sub lumina intensă a soarelui).
- Disiparea insuficientă a căldurii: Bateriile din module sunt stivuite prea dens, provocând acumularea de căldură.
- Defecte de management termic: Lipsa proiectării eficiente a căii de disipare a căldurii.
4. Defecte de fabricație
- Impurități metalice: particulele de metal de dimensiunea -micronului rămase în procesul de producție pătrund în separator.
- Defecte ale separatorului: Acoperirea neuniformă duce la defectarea izolației locale.
- Celule inferioare: Bateriile contrafăcute nu au supape de siguranță (CID) și protecție cu coeficient de temperatură pozitiv (PTC).
Ⅲ.Sistem termic de prevenire a fugărilor
1. Îmbunătățiri în proiectarea managementului termic
- Bariere de izolare termică: Acoperirile ceramice/materialele aerogel sunt utilizate pentru a întârzia propagarea termică.
- Sisteme de răcire: EVs: conducte de circulație de răcire cu lichid; PLEV-uri: radiatoare îmbunătățite + design de răcire cu aer.
- Optimizare structurală: la nivel de modul, o dispunere rezonabilă a benzilor de cupru SMT cu conductivitate termică ridicată poate stabili căi laterale eficiente de disipare a căldurii și combinate cu materiale cu schimbare de fază pentru a îmbunătăți echilibrul termic.
2. Sistem inteligent de management al bateriei (BMS)
- Monitorizare triplă:-detecția în timp real a tensiunii, curentului și temperaturii.
- Protecție activă: oprire automată-pentru supraîncărcare/supra-descărcare; Echilibrarea dinamică a tensiunilor celulelor.
- Mecanism de avertizare timpurie: transmisie wireless a semnalelor de alarmă anormale.
3. Materiale intrinsec sigure
Comparația diferitelor materiale ale bateriei
4. Măsuri de protecție-partea utilizatorului
- Specificații de încărcare: Folosiți încărcătoare originale; Evitați încărcarea peste noapte; Menține un nivel de încărcare între 20%-80%.
- Cerințe de depozitare: Mediu răcoros și ventilat, departe de substanțe inflamabile.
- Identificarea anomaliilor: Opriți imediat utilizarea acestuia atunci când se găsește un miros umflat sau ciudat.
Ⅳ. Tehnologii-de monitorizare de ultimă oră
- Standarde de reglementare: Aplicați certificări de siguranță, cum ar fi UL 2271 și IEC 62619.
- Responsabilitatile producatorului: Stabilirea unui sistem de trasabilitate celulara; Eliminați circulația bateriilor inferioare.
- Inovație tehnologică: promovați tehnologia terminalelor de sudare cu laser pentru a asigura fiabilitatea conexiunilor electrice și pentru a reduce supraîncălzirea locală cauzată de rezistența de contact.
Ⅴ.Concluzie
Odată cu dezvoltarea rapidă a industriilor de transport electric și de stocare a energiei, prevenirea evadării termice a bateriilor cu litiu-ion necesită o colaborare multi{-dimensională în cercetarea și dezvoltarea materialelor, proiectarea inginerească și educarea utilizatorilor. Prin optimizarea proiectelor de management termic (cum ar fi schemele de conducție a căldurii cu benzi de cupru SMT), popularizarea sistemelor inteligente BMS și promovarea sistemelor chimice sigure precum LFP, putem construi un ecosistem de stocare a energiei mai fiabil.
