Ličio{0}}jonų akumuliatoriai, kaip pagrindinis šiuolaikinių elektroninių prietaisų ir elektrinių transporto priemonių energijos šaltinis, plačiai naudojami išmaniuosiuose telefonuose, elektrinėse transporto priemonėse (EV) ir asmeninėse lengvosiose elektrinėse transporto priemonėse (PLEV), pvz., e-paspirtučiuose ir e{2}}dviračiuose. Nepaisant didelio energijos tankio, ilgo veikimo trukmės ir greito įkrovimo pranašumų, terminis išbėgimas (TR) išlieka didžiausias ličio -jonų akumuliatorių pavojus saugai. Kai akumuliatoriaus temperatūra viršija kritinę ribą (dažniausiai 150-180 laipsnių), suaktyvinamas nekontroliuojamas savaiminio įkaitimo ciklas, išsiskiriantis daug šilumos ir nuodingų dujų, dėl kurių kyla gaisrai ar net sprogimai.
Dėl dažnų PLEV baterijų gaisro avarijų tapo ypač svarbu giliai suprasti terminio pabėgimo mechanizmą ir imtis prevencinių priemonių. Šiame straipsnyje bus atlikta sisteminė analizė nuo mechanizmo iki sprendimų.
I. Esminės šiluminio pabėgimo charakteristikos
Terminis bėgimas yra grandininė cheminė reakcija, kuri įvyksta, kai ličio{0}}jonų akumuliatoriaus šilumos susidarymo greitis viršija šilumos išsklaidymo pajėgumą, o tai būdinga savaiminio-pagreičio savybei, kol sunaudojamos visos akumuliatoriuje esančios degiosios medžiagos. Jo pagrindinės apraiškos apima:
1. Nekontroliuojamas temperatūros kilimas
- Trigerio slenkstis: Egzoterminės reakcijos vyksta tarp elektrolito ir elektrodo medžiagų esant 150-180 laipsnių.
- Temperatūros kilimo greitis: dėl reakcijos išsiskiriančios šilumos temperatūra gali pakilti virš 1000 laipsnių.
- Išplitimo rizika: Aukšta temperatūra gali sukelti šilumos plitimą gretimuose akumuliatoriaus elementuose.
2. Dujų išsiveržimas ir apvalkalo plyšimas
- Dujų sudėtis: Skildami elektrolitams, susidaro degios ir toksiškos dujos, tokios kaip vandenilis ir anglies monoksidas.
- Slėgio kaupimasis: Staigus sandaraus korpuso vidinio slėgio padidėjimas sukelia plyšimą.
- Antrinės nelaimės: išsiveržusios dujos gali sprogti susidūrusios su kibirkštimis.
3. Gaisro ir toksiškų dujų išleidimas
- Degimo charakteristikos: Liepsnos temperatūra viršija 1000 laipsnių, o katodo medžiagos suyra, kad išsiskirtų deguonis, kuris palaiko degimą.
- Tradicinis uždusimo gaisro gesinimo būdas yra neefektyvus, todėl reikia nuolatinės aušinimo kontrolės.
- Toksiškos emisijos: išskiriamos ėsdinančios dujos, tokios kaip vandenilio fluorido rūgštis (HF), kurios kenkia kvėpavimo takams.
4. Šiluminio sklidimo mechanizmas
II. Keturių terminį pabėgimą skatinančių veiksnių analizė
1. Mechaninis piktnaudžiavimas
- Susidūrimas ir pradūrimas: išorinės jėgos pažeidžia separatorių ir sukelia vidinius trumpuosius jungimus (pvz., e-automobilio kritimo avarijos).
- Vibracijos nuovargis: nuolatinė vibracija sukelia mikro{0}}įtrūkimus elektroduose ir padidina vietinio perkaitimo riziką.
- Techninės apsaugos pasiūlymai: kuriant akumuliatoriaus modulių konstrukciją, naudojant didelio{0}}stiprumo SMT vario juostos jungtis, galima pagerinti mechaninį stabilumą ir sumažinti vibracijos-sukeliamą mikro-žalą.
2. Piktnaudžiavimas elektra
- Per didelis įkrovimas arba per didelis iškrovimas sukelia vidinės struktūros pablogėjimą
- Overcharging (>4,2 V/ląstelė): Ličio dengimas ant anodo sudaro dendritus, kurie prasiskverbia į separatorių.
- Per{0}}iškraunama (<2.5V/cell): Dissolution of copper current collectors leads to internal short circuits.
- BMS gedimas: akumuliatoriaus valdymo sistema veikia netinkamai ir negali išvengti neįprastų būsenų.
3. Terminis piktnaudžiavimas
- Aukšta aplinkos temperatūra: akumuliatorius veikiamas aukštesnėje nei 60 laipsnių temperatūroje (pvz., transporto priemonėse esant intensyviai saulės šviesai).
- Nepakankamas šilumos išsklaidymas: moduliuose esančios baterijos sukrautos per tankiai, todėl kaupiasi šiluma.
- Šilumos valdymo defektai: veiksmingo šilumos išsklaidymo kelio projektavimo trūkumas.
4. Gamybos defektai
- Metalo priemaišos: mikrono{0}}dydžio metalo dalelės, likusios gamybos procese, prasiskverbia į separatorių.
- Separatoriaus defektai: Nelygi danga sukelia vietinį izoliacijos gedimą.
- Žemesnio lygio elementai: padirbtiems akumuliatoriams trūksta apsauginių vožtuvų (CID) ir teigiamos temperatūros koeficiento (PTC) apsaugos.
Ⅲ.Terminės pabėgimo prevencijos technologijų sistema
1. Šilumos valdymo projektavimo patobulinimai
- Šilumos izoliacijos barjerai: keraminės dangos / aerogelio medžiagos naudojamos šilumos plitimui sulėtinti.
- Aušinimo sistemos: EV: Skysčio aušinimo cirkuliaciniai vamzdynai; PLEV: patobulinti aušintuvai + oro aušinimo dizainas.
- Struktūrinis optimizavimas: Modulio lygmenyje pagrįstas didelio šilumos laidumo SMT varinių juostų išdėstymas gali sukurti efektyvius šoninius šilumos išsklaidymo kelius ir kartu su fazių keitimo medžiagomis, kad būtų pagerintas šiluminis balansas.
2. Išmanioji akumuliatoriaus valdymo sistema (BMS)
- Trigubas stebėjimas:{0}}įtampos, srovės ir temperatūros aptikimas realiuoju laiku.
- Aktyvi apsauga: automatinis išjungimas-perkrovimui / per{1}}iškrovimui; Dinaminis elementų įtampų balansavimas.
- Išankstinio įspėjimo mechanizmas: belaidis nenormalių pavojaus signalų perdavimas.
3. Iš esmės saugios medžiagos
Įvairių baterijų medžiagų palyginimas
4. Naudotojo-pusės apsaugos priemonės
- Įkrovimo specifikacijos: naudokite originalius įkroviklius; Venkite įkrovimo per naktį; Palaikykite įkrovimo lygį nuo 20 iki 80%.
- Sandėliavimo reikalavimai: vėsioje ir vėdinamoje aplinkoje, toliau nuo degių medžiagų.
- Anomalijos nustatymas: Nedelsdami nustokite jį naudoti, kai pastebėsite išsipūtimą arba keistą kvapą.
Ⅳ. Pažangiausios-stebėjimo technologijos
- Reguliavimo standartai: vykdykite saugos sertifikatus, tokius kaip UL 2271 ir IEC 62619.
- Gamintojo pareigos: Sukurti ląstelių atsekamumo sistemą; Pašalinkite prastesnių baterijų cirkuliaciją.
- Technologinės naujovės: propaguoti lazerinio suvirinimo gnybtų technologiją, kad būtų užtikrintas elektros jungčių patikimumas ir sumažintas vietinis perkaitimas dėl kontaktinio pasipriešinimo.
Ⅴ.Išvada
Sparčiai vystantis elektrinio transporto ir energijos kaupimo pramonei, norint užkirsti kelią ličio -jonų baterijų terminiam nutekėjimui, būtinas daugialypis bendradarbiavimas medžiagų tyrimų ir plėtros, inžinerinio projektavimo ir naudotojų mokymo srityse. Optimizuodami šilumos valdymo projektus (pvz., SMT varinės juostos šilumos laidumo schemas), populiarindami išmaniąsias BMS sistemas ir reklamuodami saugias chemines sistemas, tokias kaip LFP, galime sukurti patikimesnę energijos kaupimo ekosistemą.
