1. Mehanizam termičkog procesa u litij-ionskim baterijama
Litijeve baterije nastaju ugradnjom litijevih iona u ugljik (petrolkoks i grafit) kako bi se formirala negativna elektroda. LixCoO2 se obično koristi kao materijal pozitivne elektrode, dok se također koriste LixNiO2 i LixMnO4. LiPF6+dietilen karbonat (EC)+dimetil karbonat (DMC) koristi se kao elektrolit. Glavni čimbenici koji izazivaju toplinski bijeg uključuju mehanička oštećenja, prekomjerno punjenje, unutarnje kratke spojeve itd. Pod utjecajem različitih čimbenika, aktivni materijali unutar litij-ionskih baterija podliježu snažnim egzotermnim reakcijama, a unutarnja temperatura baterije prelazi kontrolirani raspon , što u konačnici dovodi do toplinskog bijega. Egzotermne kemijske reakcije koje se odvijaju unutar litij-ionske baterije uključuju razgradnju maske za lice s čvrstim elektrolitom SEI, reakciju između negativnog aktivnog materijala i elektrolita, reakciju između negativnog aktivnog materijala i veziva i reakciju oksidacijske razgradnje elektrolita.
Tijekom procesa punjenja i pražnjenja litij-ionskih baterija, vinil karbonat na sučelju čvrste faze aktivnog materijala elektrode reagirat će s litijem negativne elektrode, stvarajući sloj SEI filma na grafitnoj adhezijskoj površini. Ova membrana može izravno usporiti ili čak spriječiti reakciju između elektrolita i aktivnih materijala s obje strane elektrode, značajno smanjujući njezinu egzotermnu brzinu i poboljšavajući stabilnost materijala pozitivne i negativne elektrode.
Kako temperatura raste do 90-120 stupnjeva, SEI film počinje se raspadati, nakon čega slijedi egzotermna reakcija između elektrolita i aktivnog materijala negativne elektrode. Uzimajući vinil karbonat kao primjer, reakcijski proces je prikazan u jednadžbama (1) i (2):
Tijekom egzotermne reakcije, unutarnja temperatura baterije postupno raste. Ovisno o upotrebi različitih materijala dijafragme, njihova tališta također variraju. Uobičajena polipropilenska dijafragma ima talište od 165 stupnjeva, a polietilenski materijal ima talište od 135 stupnjeva. Nakon dostizanja temperature tališta materijala separatora, unutarnji separator prolazi kroz lokalnu kontrakciju, uzrokujući izravan kontakt između materijala pozitivne i negativne elektrode unutar baterije, što rezultira kratkim spojem i stvaranjem velike količine topline. Velika količina topline koju stvara kratki spoj uzrokuje brzo skupljanje dijafragme, dodatno pogoršavajući egzotermnu reakciju.
U isto vrijeme, u temperaturnom rasponu gdje se SEI film razgrađuje i podvrgava egzotermnim reakcijama, litijeve soli također prolaze kroz intenzivne egzotermne reakcije s elektrolitom. Uobičajene vrste aktivnih materijala za litij-ionske baterije uključuju litij heksafluorofosfat (LiPF6), litij tetrafluoroborat (LiBF4), itd. Litij heksafluorofosfat se razgrađuje na visokim temperaturama i proizvodi PF5, koji dalje reagira s otapalom i preuzima atome kisika CO vežu se i podvrgavaju se snažnoj egzotermnoj reakciji, dodatno ubrzavajući razgradnju elektrolit. U isto vrijeme, oksidacijsko-redukcijska reakcija između litijevog heksafluorofosfata i otapala također oslobađa vrlo otrovni plin fluorovodičnu kiselinu (HF). Specifični reakcijski proces prikazan je u jednadžbama (3) do (5):
Unutar istog temperaturnog raspona, sam elektrolit prolazi reakciju razgradnje i oslobađa malu količinu zapaljivog plina. Pri korištenju brzinske kalorimetrije za analizu procesa termičkog otjecanja, utvrđeno je da se plinovi nastali razgradnjom elektrolita uglavnom sastoje od C2H4, CO i H2. Elektrolit brzo isparava i povećava unutarnji tlak baterije. Kada unutarnji tlak dosegne granicu sigurnosnog ventila, izbacit će se velika količina zapaljivog plina, što dodatno pogoršava širenje toplinskog bijega. Toplina nastala potpunim izgaranjem elektrolita mnogo je veća od topline koja se oslobađa reakcijom razgradnje. Uzimajući etilen karbonat (EC) i propilen karbonat (PC) kao primjere, reakcijski procesi oksidacije elektrolita (6)~(7) i nepotpune oksidacije (8)~(9) su sljedeći:
Kako unutarnja temperatura baterije postupno raste, aktivni materijal pozitivne elektrode počinje se raspadati. Na temelju upotrebe različitih aktivnih materijala varira i temperatura na kojoj se odvijaju egzotermne reakcije. Razgradnja aktivnog materijala pozitivne elektrode proizvodi kisik, koji zatim sudjeluje u reakciji s unutarnjim aktivnim materijalom, stvarajući veliku količinu plina unutar baterije. Proces reakcije je sljedeći:
Kada temperatura prijeđe 136 stupnjeva, vezivo poliviniliden fluorid (PVDF) će reagirati s litijem i proizvesti plin vodik. Proces reakcije je sljedeći:
Osim topljenja SEI filma i apsorbiranja topline, sve gore navedene kemijske reakcije su egzotermne reakcije. Otpuštanje topline razgradnje elektrolita, separatora, aktivnog materijala baterije i ljepila čini 43,5%, 30,3%, 20,1%, odnosno 6,2% ukupnog oslobađanja topline. Reakcija između pozitivnih i negativnih aktivnih materijala baterije i elektrolita je najveći izvor topline.
2. Čimbenici izazivanja toplinskog odlaska u litij-ionskim baterijama
Čimbenici koji izazivaju toplinski bijeg u litij-ionskim baterijama mogu se klasificirati u tri kategorije: mehaničko zlostavljanje (ubod igle, deformacija kompresije, vanjski sudar), električno zlostavljanje (pretjerano punjenje i prekomjerno pražnjenje, kratki spoj) i toplinsko zlostavljanje (sustav upravljanja toplinom neuspjeh). Mehanička zlouporaba može lako izazvati unutarnje kratke spojeve u litijskim baterijama, što dovodi do toplinskog bijega; U zlouporabi električne energije, prekomjerno punjenje i pražnjenje baterija može uzrokovati unutarnje nuspojave, što dovodi do lokalnog pregrijavanja baterijskih ćelija i uzrokuje toplinski bijeg; Vanjski kratki spoj je opasno stanje brzog pražnjenja baterija, gdje ekstremno visoke struje uzrokuju brzo zagrijavanje i čak spajaju kontakte baterija; U stanju toplinske zlouporabe, kvar sustava za upravljanje toplinom često izaziva kontrakciju i razgradnju unutarnje dijafragme, što u konačnici dovodi do unutarnjih kratkih spojeva i toplinskog odlaska.
Osim toga, vlastito stanje baterije također je jedan od važnih čimbenika koji uzrokuju toplinski bijeg. S povećanjem ciklusa punjenja i pražnjenja baterije i indukcijom nečistoća umiješanih tijekom proizvodnje dendrita, stvaraju se neželjene nuspojave kao što su metalni dendriti, koji lako mogu probiti separator i uzrokovati lokalne kratke spojeve u bateriji.
2.1 Istraživanje o toplinskom bijegu baterije uzrokovanom zlouporabom topline
Prema modelu eliminacije topline litij-ionskih baterija elektrokemijskim toplinskim spojem preopterećenja utvrđenom u literaturi, litij-ionske baterije obično se počinju same zagrijavati kada temperatura dosegne 80 stupnjeva. Kada se toplina baterije prelije i ne može se učinkovito osloboditi, toplinsko upravljanje baterijom dovest će do nekontroliranog povećanja temperature baterije, koja će difundirati od lokalnih pojedinačnih ćelija do baterije za napajanje, uzrokujući niz nuspojava i toplinski bijeg.
Zlouporaba topline ne dolazi spontano unutar baterije. Često, zbog mehaničkog oštećenja ili drugih razloga, unutarnja temperatura baterije raste do praga, a lokalna područja baterije se zagrijavaju, što dovodi do toplinskog oštećenja i dodatnog aktiviranja kontrole temperature i samozapaljenja baterije.
U isto vrijeme, toplinski odjek se također koristio kao istraživačka metoda za testiranje eksperimentalnih procesa odlaska baterije i otkrivanje sigurnosnih karakteristika tijekom toplinskog odlaska baterije. Godine 1999., KITOH i sur. proveo istraživanje o praćenju sigurnosnih karakteristika toplinskog odlaska baterija visoke specifične energije na temelju metoda vanjskog zagrijavanja. Od tada se metoda adijabatske energije naširoko koristi za ispitivanje temperaturnog praga toplinskog odlaska litij-ionskih baterija. Trenutna istraživanja o toplinskoj zlouporabi uglavnom se temelje na paljenju baterija vanjskim zračenjem. Liu Mengmeng uspostavio je multiendogeni model prijelazne proizvodnje topline i model elektrokemijskog toplinskog spajanja. Na temelju metode grijanja zračenjem proučavana su sigurnosna svojstva baterija nakon samozapaljenja uzrokovanog toplinskim utjecajem. Utvrđeno je da se izgaranje baterija može podijeliti u tri faze, naime izgaranje ubrizgavanjem, stabilno izgaranje i sekundarno izgaranje ubrizgavanjem. LI i sur. proučavali su učinak struje pražnjenja na temperaturu pod pozadinom toplinskog bijega uzrokovanog toplinskom zlouporabom. Utvrđeno je da kada je struja pražnjenja konstantna, gubitak kvalitete, sigurnosni karakteristični parametri, temperatura inicijacije toplinskog odlaska i vršna temperatura tijekom procesa toplinskog odlaska ovise o kapacitetu baterije.
2.2 Istraživanje toplinskog odlaska baterije uzrokovanog zlouporabom električne energije
Uobičajeni uzroci toplinskog bježanja baterije uključuju prekomjerno punjenje i pražnjenje, unutarnje kratke spojeve, vanjske kratke spojeve itd.
(1) Prenapunjenost i prekomjerno pražnjenje
Tijekom završetka ciklusa punjenja i pražnjenja u litij-ionskoj bateriji, BMS sustav upravljanja baterijom normalno će blokirati struju punjenja na temelju stanja napunjenosti. Kada BMS sustav zakaže, prekomjerno punjenje baterije može lako uzrokovati ozbiljne nesreće samozapaljenja. Nakon dostizanja SOC praga tijekom punjenja, metalni litij će se zalijepiti za površinu aktivnog materijala negativne elektrode, a pričvršćeni litij će reagirati s elektrolitom na određenoj temperaturi, oslobađajući veliku količinu plina visoke temperature. U isto vrijeme, aktivni materijal pozitivne elektrode počinje se topiti zbog prekomjernog uklanjanja litija i velike razlike potencijala s negativnom elektrodom. Jednom kada potencijal pozitivne elektrode prijeđe sigurni napon elektrolita, elektrolit će također proći kroz reakciju oksidacije s aktivnim materijalom pozitivne elektrode. Tijekom procesa prekomjernog punjenja može doći do niza nuspojava poput ohmičkog zagrijavanja i preljeva plina, što pogoršava pojavu toplinskog odlaska.
Plin koji se oslobađa tijekom prekomjernog punjenja litij-ionskih baterija uglavnom se sastoji od CO2, CO, H2, CH4, C2H6 i C2H4, a volumen plina i toplina rastu s povećanjem struje punjenja. Korištenjem ubrzanog kalorimetra i analizatora baterijskog ciklusa za zajedničku analizu, eksperiment pokazuje da je opasnost od prekomjernog punjenja na temelju konstantnog strujnog konstantnog napona puno veća od opasnosti od izravnog prekomjernog punjenja konstantnom strujom. Na temelju učinka prekomjernog punjenja kompozitne pozitivne elektrode i grafitne negativne elektrode u različitim eksperimentalnim okruženjima, Ren et al. sveobuhvatno razmotrio učinke struje punjenja, materijala separatora i sustava rasipanja topline. Studija je otkrila da količina topline koja se oslobađa tijekom prekomjernog punjenja NCM baterija nije usko povezana s veličinom struje punjenja. Točka taljenja različitih materijala separatora te deformacija i bubrenje baterije glavni su čimbenici koji uzrokuju toplinski bijeg litij-ionskih baterija. Wang i sur. analizirali su put širenja topline i put prelijevanja visokotemperaturnog plina prekomjerno napunjenih litijevih baterija i otkrili da je toplina nastala reakcijom između taloženja litija i elektrolita tijekom prekomjernog punjenja baterije činila više od 43%. Zhang i sur. proučavao je mehanizam degradacije kapaciteta baterijskog paketa na temelju inkrementalnog diferencijalnog napona kapacitivnosti i otkrio da jedno prekomjerno punjenje ima mali učinak na kapacitet baterije, ali nakon prekomjernog punjenja dok se aktivni materijal pozitivne elektrode ne odvoji, to bi ozbiljno utjecalo na toplinsku stabilnost baterijskog paketa.
Šteta uzrokovana prekomjernim pražnjenjem mnogo je manja. Prerano prekomjerno pražnjenje je teško uzrokovati toplinski odlazak baterije, ali može utjecati na kapacitet baterije. Zhou Ping i sur. proučavao karakteristike pražnjenja nikal kobalt mangan NCM ternarnih litijevih baterija nakon prekomjernog pražnjenja. Tijekom procesa statičkog pražnjenja, stupanj kratkog spoja unutar NCM litijske baterije se smanjuje, otpor se povećava, a struja pražnjenja se smanjuje. Eksperimenti su pokazali da što je veća dubina pražnjenja, to je veći stupanj slabljenja pojedinih ćelija unutar baterije. Ma et al. otkrio je u eksperimentu prekomjernog pražnjenja litijevih baterija da prekomjerno pražnjenje ne mijenja strukturu aktivnih materijala baterije, ali može uzrokovati otapanje kolektora struje negativne elektrode, povećati debljinu SEI filma i ubrzati starenje baterije. Karakteristike ponašanja litij-ionske baterije tijekom procesa pražnjenja prikazane su na slici.
(2) Vanjski kratki spoj
Vanjski kratki spojevi također su važan uzrok toplinskog odlaska u baterijama. Chen i sur. razvili su novi model električnog toplinskog spajanja temeljen na kombinaciji modela proizvodnje, distribucije i širenja topline. Istraživanja su pokazala da vršna temperatura litij-ionskih baterija u uvjetima vanjskog kratkog spoja postoji na rubu uha elektrode. Ma Taixiao i sur. otkrili su da je u stanju vanjskog kratkog spoja energetskih baterija toplina koju stvaraju sporedne reakcije mnogo manja od topline koju stvara elektrokemija, a toplina koju stvara elektrokemija u pozitivnoj je korelaciji s početnim SOC-om, ali u negativnoj korelaciji s vršnom temperaturom toplinski stres.
(3) Unutarnji kratki spoj
Unutarnji kratki spoj, koji se događa unutar baterije i teško ga je detektirati BMS sustavom, glavni je uzrok toplinskog odlaska u litij-ionskim baterijama. Kada je baterija previše napunjena ili ispražnjena, litijevi dendriti postupno rastu kako bi probili SEI film, uzrokujući unutarnje kratke spojeve i brzo dovodeći do nekontroliranog porasta temperature i toplinskog bijega. Osim toga, oštećenje rešetke ili neravnine kolektora struje uzrokovane grubim procesima proizvodnje baterija također mogu dovesti do unutarnjeg kratkog spoja.
2.3 Istraživanje toplinskog odlaska baterije uzrokovanog mehaničkim oštećenjem
U primjeni automobilskih baterija, mehanički kvarovi su neizbježno uzrokovani nesrećama. Ako se baterija deformira vanjskim silama kao što su probijanje i kompresija, to može uzrokovati unutarnje strukturne promjene i čak dovesti do toplinskog odlaska zbog izravnog kontakta između pozitivnog i negativnog pola pod ekstremnim stresom. Stoga je potrebno provesti istraživanje o toplinskom bijegu baterije uzrokovanom mehaničkim oštećenjem, među kojima su Fan Wenjie i Xu Huiyong proveli istraživanje toplinskog bježanja uzrokovanog mehaničkim zlostavljanjem na temelju modeliranja konačnih elemenata i analize numeričkog praćenja.
Wang i sur. proveli su studiju o promjenama poprečnog presjeka paketa baterija nakon sudara na temelju mekih litij-ionskih baterija. Eksperiment s probijanjem otkrio je da se unutar baterije tijekom procesa probijanja pojavio veliki broj lokalnih deformacija i slojeva lomljenja posmikom, a kidanje kolektora struje i aktivnog materijala pozitivne elektrode, kao i preuređenje unutarnje strukture baterije pack, uzrokovan probijanjem separatora, bili su temeljni razlozi toplotnog odlaska kratkog spoja unutar baterije. Lamb i sur. proučavao je stanje deformacije 18650 cilindričnih litij-ionskih baterija u uvjetima probijanja na temelju tehnologije računalne tomografije. Pokusom je utvrđeno da fenomen infiltracije između pozitivne i negativne elektrode pogoršava pojavu unutarnjeg kratkog spoja. Tijekom kratkog spoja, pričvršćena aluminijska folija se topi, stvarajući veliki broj metalnih kuglica na pukotini. Li et al. uspostavio je modele analize konačnih elemenata za različita stanja mehaničkog zlostavljanja na temelju probijanja, kompresije, itd., i razvio algoritam učenja za predviđanje procesa toplinskog odlaska baterija koristeći parametre otpadnih baterija. Utjecaj mehaničkog zlostavljanja na sigurnost litij-ionskih baterija analiziran je na temelju osam vrsta parametara, uključujući silu udarca, kut sudara i raspon deformacije, čime se značajno smanjuje složenost izračuna.
Mehaničko oštećenje koje se događa u praktičnim primjenama složenije je od pojedinačnih eksperimenata kao što su probijanje i kompresija. Oslanjanje isključivo na eksperimentalnu simulaciju ne može temeljito proučiti sigurnosne karakteristike mehaničkog zlostavljanja baterije. Temeljno rješenje je optimizirati položaj ugradnje baterije, postaviti pouzdani BMS sustav i optimizirati dizajn okvira vozila tijekom projektiranja baterije za napajanje, kako bi se smanjila deformacija i kompresija sklopa za napajanje u slučaju sudara. .
3. Preventivne mjere i metode za toplinski bijeg litij-ionskih baterija
S ciljem blokiranja, odgađanja i sprječavanja toplinskog bježanja baterija za napajanje, mnogi su znanstvenici proveli istraživanje upravljanja toplinom baterijskog paketa, dizajna strukture akumulatorskog paketa visoke čvrstoće i drugih aspekata.
3.1 Sigurnosni dizajn pojedinačnih baterija
(1) Istraživanje o sigurnosti dizajna dijafragme
Srž poboljšanja sigurnosti dijafragme leži u povećanju temperature na kojoj se dijafragma skuplja i topi, povećavajući njezinu sposobnost izolacije pri visokim temperaturama. Visokotemperaturna izolacijska sposobnost dijafragme osigurava da su njezine mikropore zapečaćene u okruženju visoke temperature, blokirajući protok litijevih iona. Široko korišteni materijali dijafragme općenito su prekriveni keramičkim premazima ili drugim materijalima s efektom zatvorenih stanica.
(2) Istraživanje o sigurnosti materijala pozitivnih elektroda
Najčešći aktivni materijali litij-ionske pozitivne elektrode koji se koriste na tržištu baterija općenito su LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4, LiNixCoyMnzO2 (NCM) itd. Korištenje materijala za pokrivanje pozitivne elektrode za blokiranje i ublažavanje sporednih reakcija toplinskog odlaska, poboljšava ciklus baterije i toplinska stabilnost, kao što su ZrO2 i AlF3. Zhang i sur. razvili su slojeviti ternarni NCM materijal temeljen na gradijentnoj distribuciji atomske koncentracije, s Ni kao jezgrom i Mn koji pokriva vanjski sloj spojenih čestica. Ispitivanja su pokazala da može održati dobru cikličku i toplinsku stabilnost čak i pod višestrukim uvjetima visokih temperatura i prekomjernog punjenja.
(3) Istraživanje o sigurnosti materijala negativnih elektroda
Poboljšanje sigurnosti negativne elektrode uglavnom se postiže premazivanjem materijala ili dodavanjem aditiva elektrolitu za povećanje toplinske stabilnosti SEI filma. Xu i sur. dodao tekuću leguru GaSnIn u elektrolit kako bi poboljšao toplinsku stabilnost baterije. Eksperiment pokazuje da pripremljeni gradijentni SEI sloj uvelike smanjuje polarizaciju napona i poboljšava Coulombovu učinkovitost na 99,06%. Zheng i sur. pripremio ultratanku membranu od aramidnih nanovlakana (ANF) za suzbijanje rasta litijevog dendrita. U eksperimentalnom ispitivanju, u okruženju visoke gustoće struje od 50 mA/cm2, kapacitet ANF-Li|LiFePO4 puna baterija smanjila se na 80,2% nakon 1200 ciklusa. I po prvi put, njegovo istraživanje je otkrilo taloženje vlaknastog litija, a ANF membrana pripremljena s porama u nanorazmjerima pospješila je difuziju elektrolita, ubrzala učinkovitost transporta litija i eliminirala nedostatke mikrometarskih litijevih dendrita koji prodiru kroz membranu.
(4) Istraživanje o sigurnosti elektrolita
Većina nesreća s toplinskim odljevom uključuje elektrolit, a poboljšanje sigurnosti elektrolita kako bi se spriječio toplinski odjek ključno je. Usporivači plamena, krute polimerne tvari ili ionske tekućine često se dodaju elektrolitu kao aditivi protiv prekomjernog punjenja. Fluorirani etilen karbonat (FEC) najčešći je aditiv elektrolita, čija je prednost poboljšanja kulonske učinkovitosti reverzibilnog uklanjanja litija u negativnoj elektrodi promjenom sastava SEI filma. Li et al. dizajnirao je dvoslojni kristalni i polimerni čvrsti elektrolitski međufazni SEI film koristeći litijev difluoroborat (LiDFOB) kao glavnu sol u miješanom fosfatnom elektrolitu. Eksperiment sa usporavanjem plamena pokazao je da je vrijeme samogašenja elektrolita koji usporava plamen bilo 6,1 sekunda, a reverzibilna učinkovitost Li bila je 98,2%. Nakon 150 ciklusa punjenja i pražnjenja, i dalje je održavao 89,7% kapaciteta baterije.
3.2 Sigurnosna zaštita i optimizacija dizajna sustava energetskih baterija
(1) Optimizacija dizajna strukture baterije
Dizajn strukture baterije i optimizacija položaja ugradnje u vozilo ključni su za poboljšanje sigurnosti. Chen i sur. proveo je eksperiment klasifikacije o utjecaju toplinskog dometa na temelju rasporeda baterije 18650. Pokus pokazuje da je vrijeme paljenja kraće, a brzina i domet širenja veći u područjima s većim grijaćim površinama. No njegov je eksperiment uzeo u obzir samo ukupno zagrijavanje modula energetske baterije i nije uzeo u obzir lokalno pregrijavanje uzrokovano unutarnjim kratkim spojevima. Liu Zhenjun i sur. optimizirao dizajn paketa baterija na temelju trodimenzionalnog modela rasipanja topline paketa baterija i provedene simulacije rasipanja topline. Eksperiment je pokazao da se vršna temperatura optimizirane litij-ionske baterije smanjila s 46 stupnjeva na 34 stupnja, a temperaturna razlika između pojedinačnih ćelija kontrolirana je unutar 5 stupnjeva.
(2) Dizajn sustava upravljanja toplinom baterije
Litij-ionske baterije imaju jaku toplinsku osjetljivost, a poboljšanje učinkovitosti pražnjenja pri niskim temperaturama i sigurnosti pri visokim temperaturama srž je sustava upravljanja toplinom baterija. Metode hlađenja za baterije uključuju hlađenje tekućinom i hlađenje zrakom. Sva Teslina električna vozila koriste tehnologiju hlađenja tekućinom, dok električni autobusi uglavnom koriste hlađenje zrakom. Posljednjih godina, kao što su aerogeli, materijali s promjenom faze i hibridni materijali korišteni su u sustavima upravljanja toplinom baterija zbog njihove izvrsne učinkovitosti apsorpcije topline. Wu i sur. razvili su fleksibilni materijal za sustav upravljanja toplinom baterije na bazi hidrogela. Koristi se jeftin natrijev poliakrilatni materijal. Njegova iznimno jaka plastičnost može se oblikovati u različite oblike i složiti u baterijski paket, čime se može ekonomično ostvariti učinak rasipanja topline tradicionalnog hlađenja zrakom i hlađenja tekućinom.
(3) Dizajn hlađenja, gašenja, blokiranja i vođenja plina za toplinski odljev baterije
Kada je toplinski bijeg baterije neizbježan, osobito je važno odmah blokirati i ohladiti širenje topline i usmjeriti plinove visoke temperature kako bi se izbjegao utjecaj na baterije instalirane u neposrednoj blizini.
Glavni načini za sprječavanje širenja toplinskog odvoda uključuju: punjenje vatrootpornim medijima, korištenje izolacijskih materijala za izolaciju toplinskih odvodnih baterija ili odvođenje plamena i plinova visoke temperature iz baterijskog paketa kroz puteve. Xu i sur. razvio je visokotemperaturnu cijev za raspršivanje topline plina s pravokutnim oblikom poprečnog presjeka raspoređenu duž baterije kao što je prikazano na slici 5. Iako ne može spriječiti pojavu toplinskog odlaska u pojedinačnim baterijama, može učinkovito spriječiti širenje lokalnog toplinskog odlaska u paketi baterija. Li Haoliang i sur. dizajnirao sustav za blokiranje širenja topline i integrirani sustav upravljanja koji se temelji na inertnim plinovima i miješanim rashladnim sredstvima. Na temelju dijagrama disperzije topline i ubrzanja zagrijavanja postavlja se prag za sustav blokiranja. Eksperiment pokazuje da može učinkovito blokirati širenje topline kada se baterija lokalno pregrije.
4. Zaključak
Članak sažima literaturu o mehanizmu okidanja, uzrocima i upravljanju sigurnosnim nadzorom toplinskog odlaska u litij-ionskim baterijama.
(1) U istraživanju mehanizma toplinskog otpuštanja analizirana je toplinska stabilnost i zakon o oslobađanju topline glavnih komponenti litij-ionskih baterija, te principi reakcijskih procesa oslobađanja topline kao što su razgradnja elektrolita, separator, aktivni materijali baterije i ljepila su uglavnom objašnjena.
(2) U istraživanju o čimbenicima koji izazivaju toplinski bijeg, klasificirane su i sažete karakteristike i razlozi različitih uvjeta okidanja, naime mehaničko opterećivanje, električno opterećivanje i toplinsko bježanje baterije uzrokovano termičkim zlostavljanjem.
(3) U smislu sprječavanja i praćenja toplinskog odlaska, ovaj članak razrađuje istraživanje za poboljšanje sigurnosti toplinskog odlaska litij-ionske baterije s tri aspekta: optimizacijski dizajn ćelija litij-ionske baterije, optimizacija sustava energetskih baterija i upravljanje toplinom baterije i sustavi upozorenja za nadzor.
Iako je postignut značajan napredak u proučavanju toplinskog odlaska u litij-ionskim baterijama, još uvijek postoje praznine u nekim područjima istraživanja. Istraživanje o utjecaju starenja na sigurnost uzrokovano superpozicijom vremena ciklusa na litij-ionskim baterijama počelo je tek posljednjih godina, posebno eksperimentalna studija puta starenja i mehanizma na toplinsku stabilnost još uvijek je relativno rijetka. U isto vrijeme, postoji samo nekoliko eksperimentalnih studija o predviđanju i modeliranju širenja plamena nakon što dođe do toplinskog bijega, a još uvijek nedostaje analiza numeričke simulacije širenja plamena. Vidljivo je da je sigurnosno upravljanje toplinskim bježanjem kod litij-ionskih baterija još uvijek u fazi razvoja, posebice u smjeru upozorenja i blokiranja, što zahtijeva daljnja istraživanja.