Avui dia, diverses companyies automobilístiques utilitzen bateries de liti a gran escala en bateries de potència, i la densitat d'energia és cada cop més alta, però la gent encara està tenyida per la seguretat de les bateries de potència, i no és una bona solució per a la seguretat de les bateries. La fugida tèrmica és el principal objecte de recerca de la seguretat de les bateries de potència, i val la pena centrar-s'hi.
Primer de tot, entenem què és la fugida tèrmica. La fugida tèrmica és un fenomen de reacció en cadena desencadenat per diversos factors desencadenants, que provoca l'emissió d'una gran quantitat de calor i gasos nocius per la bateria en un curt període de temps, cosa que fins i tot pot provocar que la bateria s'incendiï i exploti en casos greus. Hi ha moltes raons per a l'aparició de fugida tèrmica, com ara el sobreescalfament, la sobrecàrrega, el curtcircuit intern, la col·lisió, etc. La fugida tèrmica de la bateria sovint comença per la descomposició de la pel·lícula SEI negativa de la cel·la de la bateria, seguida de la descomposició i fusió del diafragma, donant lloc a l'elèctrode negatiu i l'electròlit, seguit de la descomposició tant de l'elèctrode positiu com de l'elèctrolit, provocant així un curtcircuit intern a gran escala, fent que l'electròlit es cremi, que després s'estén a altres cel·les, provocant una fugida tèrmica greu i permetent que tota la bateria produeixi una combustió espontània.
Les causes de la fugida tèrmica es poden dividir en causes internes i externes. Les causes internes sovint són degudes a curtcircuits interns; les causes externes són degudes a abús mecànic, abús elèctric, abús tèrmic, etc.
Un curtcircuit intern, que és un contacte directe entre els terminals positiu i negatiu de la bateria, varia molt en el grau de contacte i la reacció posterior desencadenada. Normalment, un curtcircuit intern massiu causat per abús mecànic i tèrmic desencadenarà directament una fuga tèrmica. En canvi, els curtcircuits interns que es desenvolupen sols són relativament menors, i la calor que genera és tan petita que no desencadena immediatament una fuga tèrmica. L'autodesenvolupament intern inclou habitualment defectes de fabricació, deteriorament de diverses propietats causades per l'envelliment de la bateria, com ara una major resistència interna, dipòsits de liti metàl·lic causats per un mal ús lleu a llarg termini, etc. A mesura que s'acumula el temps, el risc de curtcircuit intern causat per aquestes causes internes augmentarà gradualment.
L'abús mecànic es refereix a la deformació del monòmer i del paquet de bateries de liti sota l'acció d'una força externa i al desplaçament relatiu de diferents parts d'elles mateixes. Les principals formes d'agressió contra la cel·la elèctrica inclouen la col·lisió, l'extrusió i la perforació. Per exemple, un objecte estrany tocat pel vehicle a alta velocitat provoca directament el col·lapse del diafragma intern de la bateria, cosa que al seu torn provoca un curtcircuit dins de la bateria i desencadena una combustió espontània en un curt període de temps.
L'abús elèctric de les bateries de liti generalment inclou curtcircuits externs, sobrecàrregues i sobredescàrregues de diverses formes, que són més propenses a convertir-se en una fugida tèrmica que pot acabar en sobrecàrrega. Un curtcircuit extern es produeix quan dos conductors amb una pressió diferencial estan connectats fora de la cel·la. Els curtcircuits externs en els paquets de bateries poden ser deguts a la deformació causada per col·lisions de vehicles, immersió en aigua, contaminació dels conductors o descàrrega elèctrica durant el manteniment. Normalment, la calor alliberada per un curtcircuit extern no escalfa la bateria, a diferència d'una punxada. El vincle important entre un curtcircuit extern i la fugida tèrmica és la temperatura que arriba al punt de sobreescalfament. És quan la calor generada pel curtcircuit extern no es pot dissipar bé que la temperatura de la bateria augmenta i l'alta temperatura desencadena una fugida tèrmica. Per tant, tallar el corrent de curtcircuit o dissipar l'excés de calor són maneres d'inhibir que el curtcircuit extern produeixi més danys. La sobrecàrrega, per la seva gran quantitat d'energia, és un dels riscos més alts de l'abús elèctric. La generació de calor i gas són dues característiques comunes del procés de sobrecàrrega. La generació de calor prové de la calor òhmica i de les reaccions secundàries. Primer, les dendrites de liti creixen a la superfície de l'ànode a causa d'una incrustació excessiva de liti.
Mesures de protecció contra la dispersió tèrmica:
En l'etapa de calor autogenerada per inhibir la fuga tèrmica del nucli, tenim dues opcions. Una és millorar i actualitzar el material del nucli. L'essència de la fuga tèrmica rau principalment en l'estabilitat dels materials dels elèctrodes positius i negatius i l'electròlit. En el futur, també haurem de fer avenços més importants en el recobriment del material del càtode, la modificació, la compatibilitat de l'electròlit i l'elèctrode homogenis i la millora de la conductivitat tèrmica del nucli. O bé triar l'electròlit amb alta seguretat per tenir l'efecte de retardant de flama. En segon lloc, cal adoptar solucions eficients de gestió tèrmica.Escalfador de refrigerant PTC/ Escalfador d'aire PTC) des de l'exterior per suprimir l'augment de temperatura de la bateria de Li-ion, per tal de garantir que la pel·lícula SEI de la cel·la no arribi a la temperatura de dissolució i, naturalment, no es produeixi una fugida tèrmica.
Data de publicació: 17 de març de 2023
