1. Mechanizmus tepelného úniku v lítium-iónových batériách
Lítiové batérie sú tvorené zabudovaním lítiových iónov do uhlíka (ropný koks a grafit) za vzniku zápornej elektródy. LixCoO2 sa bežne používa ako materiál kladnej elektródy, zatiaľ čo LixNiO2 a LixMnO4 sa tiež používajú. LiPF6+dietylénkarbonát (EC) + dimetylkarbonát (DMC) sa používa ako elektrolyt. Medzi hlavné spúšťacie faktory tepelného úniku patrí mechanické poškodenie, prebíjanie, vnútorné skraty atď. Pod vplyvom rôznych faktorov aktívne materiály vo vnútri lítium-iónových batérií podliehajú prudkým exotermickým reakciám a vnútorná teplota batérie prekračuje kontrolovateľný rozsah. čo v konečnom dôsledku vedie k tepelnému úniku. Exotermické chemické reakcie vyskytujúce sa vo vnútri lítium-iónovej batérie zahŕňajú rozklad tvárovej masky SEI s rozhraním pevného elektrolytu, reakciu medzi negatívnym aktívnym materiálom a elektrolytom, reakciu medzi negatívnym aktívnym materiálom a spojivom a oxidačnú rozkladnú reakciu. elektrolytu.
Počas procesu nabíjania a vybíjania lítium-iónových batérií bude vinylkarbonát na rozhraní pevnej fázy aktívneho materiálu elektródy reagovať so zápornou elektródou lítiom, čím sa vytvorí vrstva filmu SEI na adhéznom povrchu grafitu. Táto membrána môže priamo spomaliť alebo dokonca zabrániť reakcii medzi elektrolytom a aktívnymi materiálmi na oboch stranách elektródy, čím sa výrazne zníži jej exotermická rýchlosť a zlepší sa stabilita materiálov kladných a záporných elektród.
Keď teplota stúpne na 90-120 stupeň, film SEI sa začne rozkladať, po čom nasleduje exotermická reakcia medzi elektrolytom a aktívnym materiálom zápornej elektródy. Ak vezmeme ako príklad vinylkarbonát, reakčný proces je znázornený v rovniciach (1) a (2):
Počas exotermickej reakcie sa vnútorná teplota batérie postupne zvyšuje. Na základe použitia rôznych materiálov diafragmy sa líšia aj ich teploty topenia. Bežná polypropylénová membrána má bod topenia 165 stupňov a polyetylénový materiál má bod topenia 135 stupňov. Po dosiahnutí teploty topenia materiálu separátora sa vnútorný separátor podrobí lokálnej kontrakcii, čo spôsobí priamy kontakt medzi materiálmi kladnej a zápornej elektródy vo vnútri batérie, čo vedie ku skratu a vytváraniu veľkého množstva tepla. Veľké množstvo tepla generovaného skratom spôsobí rýchle stiahnutie membrány, čo ďalej zhoršuje exotermickú reakciu.
Súčasne v teplotnom rozsahu, kde sa film SEI rozkladá a podlieha exotermickým reakciám, lítiové soli tiež podliehajú intenzívnym exotermickým reakciám s elektrolytom. Bežné typy aktívnych materiálov pre lítium-iónové batérie zahŕňajú hexafluorofosfát lítny (LiPF6), tetrafluoroboritan lítny (LiBF4) atď. Hexafluorofosfát lítny sa rozkladá pri vysokých teplotách za vzniku PF5, ktorý ďalej reaguje s rozpúšťadlom a absorbuje atómy kyslíka CO a podstúpia prudkú exotermickú reakciu, ktorá ďalej urýchľuje rozklad elektrolytu. Súčasne sa pri oxidačno-redukčnej reakcii medzi hexafluórfosfátom lítnym a rozpúšťadlom uvoľňuje aj vysoko toxický plyn kyselina fluorovodíková (HF). Špecifický reakčný proces je znázornený v rovniciach (3) až (5):
V rovnakom teplotnom rozsahu samotný elektrolyt podlieha rozkladnej reakcii a uvoľňuje malé množstvo horľavého plynu. Pri použití rýchlostnej kalorimetrie na analýzu procesu tepelného úniku sa zistilo, že plyny produkované rozkladom elektrolytu pozostávajú hlavne z C2H4, CO a H2. Elektrolyt sa rýchlo vyparuje a zvyšuje vnútorný tlak batérie. Keď vnútorný tlak dosiahne hranicu pretlakového ventilu, veľké množstvo horľavého plynu sa uvoľní, čo ešte viac zhorší šírenie tepelného úniku. Teplo generované úplným spaľovaním elektrolytu je oveľa väčšie ako teplo uvoľnené rozkladnou reakciou. Ak vezmeme ako príklady etylénkarbonát (EC) a propylénkarbonát (PC), reakčné procesy oxidácie elektrolytu (6)~(7) a neúplnej oxidácie (8)~(9) sú nasledovné:
Ako sa vnútorná teplota batérie postupne zvyšuje, aktívny materiál kladnej elektródy sa začína rozkladať. Na základe použitia rôznych aktívnych materiálov sa mení aj teplota, pri ktorej dochádza k exotermickým reakciám. Rozkladom aktívneho materiálu kladnej elektródy vzniká kyslík, ktorý sa potom zúčastňuje reakcie s vnútorným aktívnym materiálom, pričom vo vnútri batérie vzniká veľké množstvo plynu. Proces reakcie je nasledovný:
Keď teplota presiahne 136 stupňov, spojivový polyvinylidénfluorid (PVDF) bude reagovať s lítiom za vzniku plynného vodíka. Proces reakcie je nasledovný:
S výnimkou tavenia filmu SEI a absorbujúceho teplo sú všetky vyššie uvedené chemické reakcie exotermické reakcie. Uvoľňovanie tepla rozkladu elektrolytu, separátora, aktívneho materiálu batérie a lepidla predstavuje 43,5 %, 30,3 %, 20,1 % a 6,2 % z celkového uvoľneného tepla. Reakcia medzi kladnými a zápornými aktívnymi materiálmi batérie a elektrolytom je najväčším zdrojom tepla.
2. Indukčné faktory tepelného úniku v lítium-iónových batériách
Spúšťacie faktory tepelného úniku v lítium-iónových batériách možno klasifikovať do troch kategórií: mechanické poškodenie (prepichnutie ihly, deformácia stlačením, vonkajšia kolízia), poškodenie elektrickým prúdom (prebitie a nadmerné vybitie, skrat) a tepelné poškodenie (systém tepelného manažmentu). zlyhanie). Mechanické zneužitie môže ľahko vyvolať vnútorné skraty v lítiových batériách, čo vedie k tepelnému úniku; Pri zneužívaní elektrickej energie môže prebíjanie a vybíjanie batérií spôsobiť vnútorné vedľajšie reakcie, ktoré vedú k lokálnemu prehriatiu článkov batérie a tepelnému úniku; Vonkajší skrat je nebezpečný stav rýchleho vybitia batérií, kde extrémne vysoké prúdy spôsobujú rýchle zahriatie a dokonca poistku pólov batérie; V stave tepelného zneužitia zlyhanie systému tepelného manažmentu často spúšťa kontrakciu a rozklad vnútornej membrány, čo v konečnom dôsledku vedie k vnútorným skratom a tepelnému úniku.
Okrem toho je jedným z dôležitých faktorov spôsobujúcich tepelný únik aj vlastný stav batérie. So zvyšujúcim sa cyklom nabíjania a vybíjania batérie a indukciou nečistôt primiešavaných do výroby dendritov sa vytvárajú nepriaznivé vedľajšie reakcie, ako sú kovové dendrity, ktoré ľahko prepichnú separátor a spôsobia lokálne skraty v batérii.
2.1 Výskum tepelného úniku batérie spôsobeného tepelným zneužitím
Podľa modelu úniku tepla z lítium-iónových batérií s elektrochemickou tepelnou väzbou, ktorý je uvedený v literatúre, sa lítium-iónové batérie zvyčajne začnú zahrievať, keď teplota dosiahne 80 stupňov. Keď teplo batérie pretečie a nedá sa účinne uvoľniť, tepelný manažment batérie povedie k nekontrolovateľnému zvýšeniu teploty batérie, ktorá sa rozptýli z miestnych jednotlivých článkov do napájacej batérie, čo spôsobí sériu vedľajších reakcií a tepelného úniku.
Vo vnútri batérie nedochádza spontánne k tepelnému poškodeniu. Vnútorná teplota batérie často v dôsledku mechanického poškodenia alebo iných dôvodov stúpne na prahovú hodnotu a miestne oblasti batérie sa zahrievajú, čo vedie k tepelnému zneužitiu a ďalšiemu spusteniu regulácie teploty a samovznieteniu batérie.
Tepelný únik sa zároveň používa aj ako výskumná metóda na testovanie experimentálnych procesov úniku z batérie a zisťovanie bezpečnostných charakteristík počas tepelného úniku batérie. V roku 1999 KITOH a spol. vykonali výskum monitorovania tepelných bezpečnostných charakteristík vysoko špecifickej energetickej batérie na základe metód externého ohrevu. Odvtedy sa metóda adiabatickej energie široko používa na testovanie teplotného prahu lítium-iónových batérií. Súčasný výskum tepelného zneužívania je založený hlavne na vznietení batérií vonkajším žiarením. Liu Mengmeng vytvoril model multiendogénneho prechodného tepla a model elektrochemickej tepelnej väzby. Na základe metódy radiačného ohrevu boli študované bezpečnostné charakteristiky batérií po samovznietení spôsobenom tepelným zneužitím. Zistilo sa, že spaľovanie batérie možno rozdeliť do troch stupňov, a to vstrekovacie spaľovanie, stabilné spaľovanie a spaľovanie so sekundárnym vstrekovaním. LI a kol. študovali vplyv výbojového prúdu na teplotu na pozadí tepelného úniku spôsobeného tepelným zneužitím. Zistilo sa, že keď je vybíjací prúd konštantný, strata kvality, bezpečnostné parametre, iniciačná teplota tepelného úniku a špičková teplota počas procesu tepelného úniku závisia od kapacity batérie.
2.2 Výskum tepelného úniku batérie spôsobený nesprávnym elektrickým prúdom
Bežné príčiny tepelného úniku batérie zahŕňajú prebíjanie a vybíjanie, vnútorné skraty, vonkajšie skraty atď.
(1) Prebitie a nadmerné vybitie
Počas dokončenia cyklu nabíjania a vybíjania v lítium-iónovej batérii systém riadenia batérie BMS normálne zablokuje nabíjací prúd na základe stavu nabitia. Keď systém BMS zlyhá, prebitie batérie môže ľahko spôsobiť vážne samovznietenie. Po dosiahnutí prahu SOC počas nabíjania sa lítium prilepí na povrch aktívneho materiálu zápornej elektródy a pripojené lítium bude reagovať s elektrolytom pri určitej teplote, pričom sa uvoľní veľké množstvo plynu s vysokou teplotou. Súčasne sa aktívny materiál kladnej elektródy začína topiť v dôsledku nadmerného odstraňovania lítia a veľkého rozdielu potenciálov so zápornou elektródou. Akonáhle kladný elektródový potenciál prekročí bezpečné napätie elektrolytu, elektrolyt tiež podstúpi oxidačnú reakciu s aktívnym materiálom kladnej elektródy. Počas procesu prebíjania môže dôjsť k sérii vedľajších reakcií, ako je ohmické zahrievanie a pretečenie plynu, čo zhoršuje výskyt tepelného úniku.
Plyn uvoľnený pri prebíjaní lítium-iónových batérií pozostáva hlavne z CO2, CO, H2, CH4, C2H6 a C2H4 a objem plynu a teplo sa zvyšujú so zvyšujúcim sa nabíjacím prúdom. Použitím zrýchleného kalorimetra a analyzátora cyklu batérie na spoločnú analýzu experiment ukazuje, že nebezpečenstvo prebitia založeného na konštantnom napätí konštantného prúdu je oveľa väčšie ako nebezpečenstvo prebitia priamo konštantným prúdom. Na základe prebitia kompozitnej pozitívnej elektródy a grafitovej negatívnej elektródy v rôznych experimentálnych prostrediach Ren a kol. komplexne zvážil účinky nabíjacieho prúdu, materiálu separátora a systému odvádzania tepla. Štúdia zistila, že množstvo tepla uvoľneného pri prebíjaní batérií NCM úzko nesúvisí s veľkosťou nabíjacieho prúdu. Teplota topenia rôznych separačných materiálov a deformácia a napučiavanie batérie sú hlavné faktory spôsobujúce tepelný únik lítium-iónových batérií. Wang a kol. analyzovali cestu šírenia tepla a cestu pretečenia vysokoteplotného plynu prebitých lítiových batérií a zistili, že teplo generované reakciou medzi ukladaním lítia a elektrolytom počas prebitia batérie predstavovalo viac ako 43 %. Zhang a kol. študovali mechanizmus degradácie kapacity batérie na základe prírastkového kapacitného rozdielového napätia a zistili, že jedno prebitie malo malý vplyv na kapacitu batérie, ale po prebití, kým sa aktívny materiál kladnej elektródy neoddelí, by to vážne ovplyvnilo tepelnú stabilitu súpravy batérií.
Škody spôsobené nadmerným vybitím sú oveľa menšie. Predčasné vybitie je ťažké spôsobiť tepelný únik batérie, ale môže ovplyvniť kapacitu batérie. Zhou Ping a kol. študovali vybíjacie charakteristiky nikel-kobalt-mangánových NCM ternárnych lítiových batérií po nadmernom vybití. Počas procesu statického vybíjania sa stupeň skratu vo vnútri lítiovej batérie NCM znižuje, odpor sa zvyšuje a vybíjací prúd klesá. Experimenty ukázali, že čím väčšia je hĺbka vybitia, tým väčší je stupeň útlmu jednotlivých článkov vo vnútri batériového bloku. Ma a spol. V experimente s nadmerným vybitím lítiových batérií sa zistilo, že nadmerné vybitie nemení štruktúru aktívnych materiálov batérie, ale môže spôsobiť rozpustenie zberača prúdu zápornej elektródy, zvýšiť hrúbku filmu SEI a urýchliť starnutie batérie. Charakteristiky správania lítium-iónovej batérie pri procese vybíjania sú znázornené na obrázku.
(2) Vonkajší skrat
Externé skraty sú tiež dôležitou príčinou tepelného úniku v napájacích batériách. Chen a kol. vyvinuli nový model elektrickej tepelnej väzby založený na kombinácii modelov tvorby, distribúcie a šírenia tepla. Výskum ukázal, že maximálna teplota lítium-iónových batérií pri vonkajších podmienkach skratu existuje na okraji ucha elektródy. Ma Taixiao a kol. zistili, že v stave externého skratu napájacích batérií je teplo generované vedľajšími reakciami oveľa menšie ako teplo generované elektrochémiou a teplo generované elektrochémiou pozitívne koreluje s počiatočným SOC, ale negatívne koreluje s teplotným vrcholom tepelným stresom.
(3) Vnútorný skrat
Vnútorný skrat, ktorý sa vyskytuje vo vnútri batérie a je ťažko detekovateľný systémom BMS, je hlavnou príčinou tepelného úniku v lítium-iónových batériách. Keď je batéria prebitá alebo nadmerne vybitá, lítiové dendrity postupne rastú a prenikajú cez film SEI, čo spôsobuje vnútorné skraty a rýchlo vedie k nekontrolovateľnému nárastu teploty a tepelnému úniku. Okrem toho poškodenie mriežky alebo otrasy zberača prúdu spôsobené hrubými výrobnými procesmi batérií môžu tiež viesť k vnútorným skratom.
2.3 Výskum tepelného úniku batérie spôsobeného mechanickým poškodením
Pri použití automobilových napájacích batérií sú mechanické poruchy nevyhnutne spôsobené nehodami. Ak sa batéria zdeformuje vonkajšími silami, ako je prepichnutie a stlačenie, môže to spôsobiť vnútorné štrukturálne zmeny a dokonca viesť k tepelnému úniku v dôsledku priameho kontaktu medzi kladným a záporným pólom pri extrémnom namáhaní. Preto je potrebné vykonať výskum tepelného úniku batérie spôsobeného mechanickým zneužitím, medzi ktorými Fan Wenjie a Xu Huiyong uskutočnili výskum tepelného úniku spôsobeného mechanickým zneužitím na základe modelovania konečných prvkov a numerickej monitorovacej analýzy.
Wang a kol. vykonala štúdiu zmien prierezu batérie po kolízii na základe mäkkých lítium-iónových batérií. Pri punkčnom experimente sa zistilo, že vo vnútri batérie sa počas procesu prepichnutia objavilo veľké množstvo lokálnych deformácií a vrstiev šmykového lomu, ako aj pretrhnutie aktívneho materiálu zberača prúdu a kladnej elektródy, ako aj preskupenie vnútornej štruktúry batérie. obal, spôsobený prerazením separátora, boli základnými dôvodmi skratového tepelného úniku vo vnútri batérie. Lamb a kol. študoval stav deformácie 18650 valcových lítium-iónových batérií v podmienkach prepichnutia na základe technológie počítačovej tomografie. Experiment zistil, že fenomén infiltrácie medzi kladnými a zápornými elektródami zhoršuje výskyt vnútorných skratov. Počas skratu sa pripojená hliníková fólia roztaví a vytvorí veľké množstvo kovových guľôčok v mieste prepichnutia. Li a spol. vytvoril modely analýzy konečných prvkov pre rôzne stavy mechanického zneužitia založené na prepichnutí, kompresii atď. a vyvinul algoritmus učenia na predpovedanie procesu tepelného úniku batérií pomocou parametrov použitých batérií. Vplyv mechanického zneužívania na bezpečnosť lítium-iónových batérií bol analyzovaný na základe ôsmich typov parametrov vrátane sily nárazu, uhla nárazu a rozsahu deformácie, čo výrazne znižuje výpočtovú zložitosť.
Mechanické zneužívanie, ku ktorému dochádza v praktických aplikáciách, je zložitejšie ako jednotlivé experimenty, ako je punkcia a kompresia. Spoliehanie sa výlučne na experimentálnu simuláciu nemôže do hĺbky študovať bezpečnostné charakteristiky mechanického zneužívania batérie. Základným riešením je optimalizácia polohy inštalácie akumulátora, nastavenie spoľahlivého systému BMS a optimalizácia konštrukcie rámu vozidla pri navrhovaní akumulátora, aby sa minimalizovala deformácia a stlačenie akumulátora v prípade kolízie. .
3. Preventívne opatrenia a metódy pre tepelný únik lítium-iónových batérií
S cieľom zablokovať, oddialiť a zabrániť tepelnému úniku napájacích batérií mnohí vedci vykonali výskum v oblasti tepelného manažmentu batériových zdrojov, konštrukcie vysokopevnostnej štruktúry batériových zdrojov a ďalších aspektov.
3.1 Bezpečnostné prevedenie jednotlivých batérií
(1) Výskum bezpečnosti konštrukcie membrány
Základom zlepšenia bezpečnosti membrány je zvýšenie teploty, pri ktorej sa membrána zmršťuje a topí, čím sa zvyšuje jej schopnosť izolácie proti vysokým teplotám. Vysokoteplotná izolačná schopnosť membrány zaisťuje, že jej mikropóry sú vo vysokoteplotnom prostredí utesnené a blokujú tok lítiových iónov. Široko používané materiály membrány sú vo všeobecnosti pokryté keramickými povlakmi alebo inými materiálmi s efektom uzavretých buniek.
(2) Výskum bezpečnosti materiálov pre kladné elektródy
Najbežnejšie aktívne materiály lítium-iónovej kladnej elektródy používané na trhu s napájacími batériami sú vo všeobecnosti LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4, LiNixCoyMnzO2 (NCM) atď. Použitie materiálov na zakrytie kladnej elektródy na blokovanie a zmiernenie tepelných nekontrolovaných vedľajších reakcií, zlepšenie cyklovania batérie a tepelná stabilita, ako je Zr02 a AlF3. Zhang a kol. vyvinuli vrstvený ternárny NCM materiál založený na gradientovej distribúcii atómovej koncentrácie, s Ni ako jadrom a Mn pokrývajúcim vonkajšiu vrstvu pripojených častíc. Testy ukázali, že dokáže udržať dobrú cyklickú a tepelnú stabilitu aj pri viacerých podmienkach vysokej teploty a prebitia.
(3) Výskum bezpečnosti materiálov negatívnych elektród
Zlepšenie bezpečnosti zápornej elektródy sa dosahuje hlavne poťahovaním materiálu alebo pridávaním prísad do elektrolytu na zvýšenie tepelnej stability filmu SEI. Xu a kol. pridaná tekutá zliatina GaSnIn do elektrolytu na zlepšenie tepelnej stability batérie. Experiment ukazuje, že pripravená gradientná vrstva SEI výrazne znižuje polarizáciu napätia a zlepšuje Coulombovu účinnosť na 99,06 %. Zheng a kol. pripravil ultratenkú membránu z aramidových nanovlákien (ANF) na potlačenie rastu lítneho dendritu. V experimentálnom teste v prostredí s vysokou prúdovou hustotou 50 mA/cm2 bola kapacita ANF-Li|Plná batéria LiFePO4 klesla na 80,2 % po 1200 cykloch. A po prvýkrát jeho výskum objavil vláknité usadzovanie lítia a membrána ANF pripravená s pórmi nanometrov podporovala difúziu elektrolytu, zrýchľovala účinnosť transportu lítia a eliminovala nevýhody mikrometrových dendritov lítia prenikajúcich membránou.
(4) Výskum bezpečnosti elektrolytov
Väčšina nehôd s únikom tepla sa týka elektrolytu a zlepšenie bezpečnosti elektrolytu, aby sa zabránilo úniku tepla, je kľúčové. Ako prísady proti prebitiu sa do elektrolytu často pridávajú retardéry horenia, pevné polymérne látky alebo iónové kvapaliny. Fluórovaný etylénkarbonát (FEC) je najbežnejšou prísadou do elektrolytov, ktorej výhodou je zlepšenie Coulombickej účinnosti reverzibilného odstraňovania lítia v negatívnej elektróde zmenou zloženia filmu SEI. Li a spol. navrhol dvojvrstvový kryštalický a polymérny pevný elektrolytový interfázový SEI film s použitím difluórborátu lítneho (LiDFOB) ako hlavnej soli v zmiešanom fosfátovom elektrolyte. Experiment so spomaľovačom horenia ukázal, že čas samozhášania elektrolytu spomaľujúceho horenie bol 6,1 sekundy a reverzibilná účinnosť Li bola 98,2 %. Po 150 cykloch nabitia a vybitia si stále udržal 89,7 % kapacity batérie.
3.2 Bezpečnostná ochrana a návrh optimalizácie systému napájacích batérií
(1) Návrh optimalizácie štruktúry batérie
Návrh štruktúry akumulátora a optimalizácia montážnej polohy vozidla sú kľúčové pre zvýšenie bezpečnosti. Chen a kol. vykonal klasifikačný experiment o vplyve tepelného úniku na základe rozloženia batérie 18650. Experiment ukazuje, že čas vznietenia je kratší a rýchlosť rozmetania a dosah sú väčšie v oblastiach s väčšími plochami ohrevu. Ale jeho experiment uvažoval iba o celkovom zahrievaní modulu napájacej batérie a nebral do úvahy lokálne prehriatie spôsobené vnútornými skratmi. Liu Zhenjun a kol. optimalizovala dizajn batérie na základe trojrozmerného modelu rozptylu tepla napájacej batérie a vykonanej simulácie rozptylu tepla. Experiment ukázal, že špičková teplota optimalizovanej lítium-iónovej batérie klesla zo 46 stupňov na 34 stupňov a teplotný rozdiel medzi jednotlivými článkami bol kontrolovaný v rozmedzí 5 stupňov.
(2) Návrh systému tepelného manažmentu batérie
Lítium-iónové batérie majú silnú tepelnú citlivosť a jadrom systémov tepelného manažmentu batérií je zlepšenie účinnosti vybíjania pri nízkej teplote a bezpečnosti pri vysokej teplote. Spôsoby chladenia batérií zahŕňajú chladenie kvapalinou a chladenie vzduchom. Všetky elektromobily Tesla využívajú technológiu chladenia kvapalinou, zatiaľ čo elektrické autobusy vo všeobecnosti využívajú chladenie vzduchom. V posledných rokoch sa v systémoch tepelného manažmentu batérií používali aerogély, materiály s fázovou zmenou a hybridné materiály kvôli ich vynikajúcej účinnosti absorpcie tepla. Wu a kol. vyvinuli flexibilný materiál pre systém tepelného manažmentu batérie na báze hydrogélu. Používa sa lacný materiál polyakrylát sodný. Jeho extrémne silná plasticita môže byť vyrobená do rôznych tvarov a naskladaná do batérie, čo môže ekonomicky realizovať efekt rozptylu tepla tradičného vzduchového a kvapalinového chladenia.
(3) Návrh chladenia, hasenia, blokovania a vedenia plynu pre tepelný únik batérie
Keď sa tepelnému úniku batérie nedá vyhnúť, je obzvlášť dôležité rýchlo zablokovať a ochladiť šírenie tepla a viesť plyny s vysokou teplotou, aby sa zabránilo ovplyvneniu batérií inštalovaných v tesnej blízkosti.
Medzi hlavné spôsoby, ako zabrániť šíreniu tepelných únikov patrí: plnenie médiami spomaľujúcimi horenie, použitie izolačných materiálov na izoláciu tepelne utečených batérií alebo vyvedenie plameňov a plynov s vysokou teplotou von z batérie cez cesty. Xu a kol. vyvinuli vysokoteplotnú trubicu na odvádzanie tepla plynu s obdĺžnikovým tvarom prierezu usporiadanú pozdĺž batérie, ako je znázornené na obrázku 5. Hoci nemôže zabrániť výskytu tepelného úniku v jednotlivých batériách, môže účinne zabrániť šíreniu lokálneho tepelného úniku v akumulátory. Li Haoliang a kol. navrhol systém blokovania šírenia tepla a integrovaný riadiaci systém založený na inertných plynoch a zmiešaných chladivách. Na základe diagramu rozptylu tepla a zrýchlenia ohrevu sa nastaví prahová hodnota pre blokovací systém. Experiment ukazuje, že dokáže účinne blokovať šírenie tepla, keď sa batéria lokálne prehreje.
4. Záver
Článok sumarizuje literatúru o spúšťacom mechanizme, príčinách a riadení bezpečnostného monitorovania tepelného úniku v lítium-iónových batériách.
(1) Pri výskume mechanizmu tepelného úniku sa analyzovala tepelná stabilita a zákon uvoľňovania tepla hlavných komponentov lítium-iónových batérií a princípy procesov uvoľňovania reakčného tepla, ako je rozklad elektrolytu, separátor, aktívne materiály batérií a boli vysvetlené hlavne lepidlá.
(2) Vo výskume spúšťacích faktorov tepelného úniku boli klasifikované a zhrnuté charakteristiky a dôvody rôznych spúšťacích podmienok, konkrétne mechanické poškodenie, elektrické poškodenie a tepelný únik batérie spôsobený tepelným zneužitím.
(3) Pokiaľ ide o prevenciu a monitorovanie tepelného úniku, tento článok rozvádza výskum na zlepšenie bezpečnosti tepelného úniku lítium-iónových batérií z troch aspektov: optimalizácia návrhu lítium-iónových batériových článkov, optimalizácia systémov napájacích batérií a tepelný manažment batérie a monitorovacie varovné systémy.
Aj keď sa v štúdiu tepelných únikov v lítium-iónových batériách dosiahol významný pokrok, v niektorých oblastiach výskumu stále existujú medzery. Výskum vplyvu starnutia na bezpečnosť spôsobený superpozíciou cyklov na lítium-iónových batériách sa začal len v posledných rokoch, najmä experimentálna štúdia dráhy a mechanizmu starnutia na tepelnú stabilitu je stále relatívne vzácna. Zároveň existuje len niekoľko experimentálnych štúdií o predpovedi a modelovaní šírenia plameňa po výskyte tepelného úniku a stále chýba numerická simulačná analýza šírenia plameňa. Je vidieť, že riadenie bezpečnosti tepelného úniku v lítium-iónových batériách je stále vo fáze vývoja, najmä v smere varovania a blokovania, čo si vyžaduje ďalší výskum.