Různé automobilky dnes ve velkém měřítku používají lithiové baterie v bateriích a hustota energie se stále zvyšuje, ale lidé jsou stále znepokojeni bezpečností baterií a není to dobré řešení pro jejich bezpečnost. Tepelný únik je hlavním předmětem výzkumu bezpečnosti baterií a stojí za to se na něj zaměřit.
Nejprve si vysvětlíme, co je tepelný únik. Tepelný únik je řetězová reakce spouštěná různými spouštěči, která má za následek velké množství tepla a škodlivých plynů emitovaných baterií v krátkém časovém úseku, což může ve vážných případech dokonce způsobit vznícení a výbuch baterie. Existuje mnoho důvodů pro vznik tepelného úniku, jako je přehřátí, přebíjení, vnitřní zkrat, kolize atd. Tepelný únik baterie často začíná rozkladem negativní vrstvy SEI v bateriovém článku, následovaným rozkladem a roztavením membrány, což má za následek zápornou elektrodu a elektrolyt, a následně rozkladem kladné elektrody i elektrolytu, což spouští rozsáhlý vnitřní zkrat, který způsobuje spálení elektrolytu, který se poté šíří do dalších článků, což způsobuje vážný tepelný únik a umožňuje samovznícení celé baterie.
Příčiny tepelného úniku lze rozdělit na vnitřní a vnější. Vnitřní příčiny jsou často způsobeny vnitřními zkraty; vnější příčiny jsou způsobeny mechanickým zneužitím, elektrickým zneužitím, tepelným zneužitím atd.
Vnitřní zkrat, což je přímý kontakt mezi kladným a záporným pólem baterie, se značně liší stupněm kontaktu a následnou spuštěnou reakcí. Obvykle masivní vnitřní zkrat způsobený mechanickým a tepelným poškozením přímo spustí tepelný únik. Naproti tomu vnitřní zkraty, které se vyvinou samy o sobě, jsou relativně malé a teplo, které generují, je tak malé, že okamžitě nespustí tepelný únik. Vnitřní samovolný vývoj obvykle zahrnuje výrobní vady, zhoršení různých vlastností způsobené stárnutím baterie, jako je zvýšený vnitřní odpor, usazeniny lithiového kovu způsobené dlouhodobým mírným nesprávným používáním atd. S postupujícím časem se riziko vnitřního zkratu způsobeného těmito vnitřními příčinami postupně zvyšuje.
Mechanické poškození se týká deformace monomeru lithiové baterie a bateriového bloku působením vnější síly a relativního posunutí různých jeho částí. Mezi hlavní formy poškození elektrického článku patří kolize, protlačení a propíchnutí. Například cizí předmět, kterého se vozidlo ve vysoké rychlosti dotklo, přímo vedl k prasknutí vnitřní membrány baterie, což následně způsobilo zkrat uvnitř baterie a v krátkém čase spustilo samovznícení.
Elektrické zneužívání lithiových baterií obecně zahrnuje externí zkrat, přebíjení a přebíjení v několika formách, které se s největší pravděpodobností vyvinou v tepelný únik a následné přebíjení. K externímu zkratu dochází, když jsou dva vodiče s rozdílným tlakem spojeny vně článku. Externí zkraty v bateriových blocích mohou být způsobeny deformací způsobenou kolizí vozidel, ponořením do vody, kontaminací vodiče nebo úrazem elektrickým proudem během údržby. Teplo uvolněné z externího zkratu obvykle baterii nezahřívá, na rozdíl od propíchnutí. Důležitým spojením mezi externím zkratem a tepelným únikem je teplota dosahující bodu přehřátí. Teplo generované externím zkratem nelze dobře odvést, když teplota baterie stoupá a vysoká teplota spouští tepelný únik. Proto je přerušení zkratového proudu nebo odvod přebytečného tepla způsobem, jak zabránit dalšímu poškození externím zkratem. Přebíjení je díky své vysoké energii jedním z největších rizik elektrického zneužívání. Vznik tepla a plynu jsou dva běžné rysy procesu přebíjení. Vznik tepla pochází z ohmického tepla a vedlejších reakcí. Zaprvé, na povrchu anody rostou lithiové dendrity v důsledku nadměrného zabudování lithia.
Opatření na ochranu před tepelným únikem:
Ve fázi samogenerovaného tepla, abychom zabránili tepelnému úniku jádra, máme dvě možnosti. První je zlepšit a modernizovat materiál jádra. Podstata tepelného úniku spočívá především ve stabilitě materiálů kladných a záporných elektrod a elektrolytu. V budoucnu musíme také dosáhnout větších průlomů v povlakování katodových materiálů, modifikaci, kompatibilitě homogenního elektrolytu a elektrody a zlepšení tepelné vodivosti jádra. Nebo zvolit elektrolyt s vysokou bezpečností, abychom dosáhli efektu zpomalovače hoření. Za druhé je nutné přijmout účinná řešení pro tepelný management (Ohřívač chladicí kapaliny PTC/ PTC ohřívač vzduchu) zvenčí, aby se potlačil nárůst teploty lithium-iontové baterie, a tím se zajistilo, že SEI film článku nedosáhne teploty rozpouštění a přirozeně nedojde k tepelnému úniku.
Čas zveřejnění: 17. března 2023
