A modern elektronikus eszközök és elektromos járművek alapvető áramforrásaként a lítium{0}}ion akkumulátorokat széles körben használják okostelefonokban, elektromos járművekben (EV-k) és könnyű elektromos járművekben (PLEV), például e-robogókban és e{2}}kerékpárokban. A nagy energiasűrűség, a hosszú élettartam és a gyors töltés előnyei ellenére a termikus kifutás (TR) továbbra is a lítium-ion akkumulátorok legsúlyosabb biztonsági kockázata. Ha az akkumulátor hőmérséklete túllép egy kritikus küszöböt (általában 150-180 fokot), az ellenőrizhetetlen önmelegedési ciklust indít el, amely nagy mennyiségű hőt és mérgező gázokat bocsát ki, ami tüzet vagy akár robbanást is okozhat.
A PLEV akkumulátorral kapcsolatos tűzbalesetek gyakori előfordulása miatt különösen sürgetővé vált a termikus kifutási mechanizmus mélyreható megértése és a megelőző intézkedések megtétele. Ez a cikk szisztematikus elemzést végez a mechanizmustól a megoldásokig.
I. A termikus menekülés lényeges jellemzői
A termikus kifutás egy kémiai láncreakció, amely akkor megy végbe, amikor a lítium-{0}}ion akkumulátor hőtermelési sebessége meghaladja a hőleadási kapacitását. Ennek jellemzője az önfenntartó gyorsulás, amíg az akkumulátorban lévő összes éghető anyag el nem merül. Fő megnyilvánulásai a következők:
1. Szabályozhatatlan hőmérséklet-emelkedés
- Kioldó küszöb: Exoterm reakciók lépnek fel az elektrolit és az elektród anyagok között 150-180 fokon.
- Hőmérséklet-emelkedési sebesség: A reakció során felszabaduló hő hatására a hőmérséklet 1000 fok fölé emelkedhet.
- Terjedési kockázat: A magas hőmérséklet hőterjedést okozhat a szomszédos akkumulátorcellákban.
2. Gázkitörés és héjszakadás
- Gázösszetétel: Az elektrolit bomlásakor gyúlékony és mérgező gázok, például hidrogén és szén-monoxid keletkeznek.
- Nyomás felhalmozódása: A tömített héj belső nyomásának hirtelen megnövekedése szakadáshoz vezet.
- Másodlagos katasztrófák: A kitört gázok felrobbanhatnak, ha szikrával találkoznak.
3. Tűz és mérgező gázok kibocsátása
- Égési jellemzők: A láng hőmérséklete meghaladja az 1000 fokot, és a katód anyagok lebomlanak, és az égést elősegítő oxigén szabadul fel.
- A hagyományos fulladásos tűzoltási módszer nem hatékony, folyamatos hűtésszabályozást igényel.
- Mérgező emisszió: Maró hatású gázok, például hidrogén-fluorid (HF) felszabadulása, amely károsítja a légutakat.
4. Termikus terjedési mechanizmus
II. A termikus szökés négy indukáló tényezőjének elemzése
1. Mechanikai visszaélés
- Ütközés és defekt: A külső erők a leválasztó károsodását okozzák, ami belső rövidzárlatokhoz vezet (pl. e-jármű leesése).
- Vibrációs fáradtság: A folyamatos vibráció mikro{0}}repedéseket okoz az elektródákban, növelve a helyi túlmelegedés kockázatát.
- Műszaki védelmi javaslatok: Az akkumulátormodulok szerkezeti kialakítása során a nagy -szilárdságú SMT rézszalag-csatlakozások használata javíthatja a mechanikai stabilitást és csökkentheti a vibráció-kiváltotta mikro-károsodást.
2. Elektromos visszaélés
- A túltöltés vagy a túltöltés a belső szerkezet romlását okozza
- Overcharging (>4,2 V/cella): Az anód lítium bevonata dendriteket képez, amelyek áthatolnak a szeparátoron.
- túl-kisütés (<2.5V/cell): Dissolution of copper current collectors leads to internal short circuits.
- BMS hiba: Az akkumulátorkezelő rendszer hibásan működik, és nem tudja megakadályozni a rendellenes állapotokat.
3. Termikus visszaélés
- Magas környezeti hőmérséklet: Az akkumulátorok 60 fok feletti hőmérsékletnek vannak kitéve (pl. járművek belsejében erős napfénynek kitéve).
- Nem megfelelő hőelvezetés: A modulokban lévő akkumulátorok túl sűrűn vannak egymásra rakva, ami hőfelhalmozódást okoz.
- Hőkezelési hibák: A hatékony hőelvezetési útvonal tervezésének hiánya.
4. Gyártási hibák
- Fémszennyeződések: A gyártási folyamatban visszamaradó mikron{0}}méretű fémrészecskék behatolnak a szeparátorba.
- Az elválasztó hibái: Az egyenetlen bevonat helyi szigetelési hibához vezet.
- Gyenge állapotú cellák: A hamisított akkumulátorok nem rendelkeznek biztonsági szelepekkel (CID) és pozitív hőmérsékleti együtthatóval (PTC).
Ⅲ. Thermal Runaway Prevention Technology System
1. Fejlesztések a hőkezelési tervezésben
- Hőszigetelő akadályok: Kerámia bevonatokat/aerogél anyagokat használnak a hőterjedés késleltetésére.
- Hűtőrendszerek: elektromos járművek: Folyadékhűtés keringető csővezetékek; PLEV: Továbbfejlesztett hűtőbordák + léghűtéses kialakítás.
- Szerkezeti optimalizálás: Modul szinten a nagy hővezetőképességű SMT rézszalagok ésszerű elrendezése hatékony oldalirányú hőelvezetési utakat hozhat létre, és fázisváltó anyagokkal kombinálva javítja a hőegyensúlyt.
2. Intelligens akkumulátor-kezelő rendszer (BMS)
- Háromszoros megfigyelés: A feszültség, az áramerősség és a hőmérséklet valós idejű-érzékelése.
- Aktív védelem: Automatikus lekapcsolás-túltöltés/túl-kisütés esetén; A cellafeszültségek dinamikus kiegyenlítése.
- Korai figyelmeztető mechanizmus: Rendellenes riasztási jelek vezeték nélküli továbbítása.
3. Gyújtószikramentes anyagok
Különböző akkumulátoranyagok összehasonlítása
4. Felhasználói-oldali védelmi intézkedések
- Töltési adatok: Használjon eredeti töltőket; Kerülje az éjszakai töltést; Tartsa a töltöttségi szintet 20-80% között.
- Tárolási követelmények: Hűvös és szellőző helyen, gyúlékony anyagoktól távol.
- Rendellenesség azonosítása: Azonnal hagyja abba a használatát, ha dudort vagy különös szagot észlel.
Ⅳ. Élvonalbeli-figyelési technológiák
- Szabályozási szabványok: érvényesítse az olyan biztonsági tanúsítványokat, mint az UL 2271 és az IEC 62619.
- A gyártó feladatai: Sejtkövetési rendszer létrehozása; Szüntesse meg a gyengébb akkumulátorok keringését.
- Technológiai innováció: A lézerhegesztő termináltechnológia népszerűsítése az elektromos csatlakozások megbízhatóságának biztosítása és az érintkezési ellenállás okozta helyi túlmelegedés csökkentése érdekében.
Ⅴ.Következtetés
Az elektromos közlekedési és energiatároló iparágak rohamos fejlődésével a lítium{0}}ion akkumulátorok termikus kifutásának megelőzése többdimenziós együttműködést igényel az anyagkutatás és -fejlesztés, a mérnöki tervezés és a felhasználói oktatás terén. A hőkezelési tervek (például az SMT rézszalagos hővezetési sémák) optimalizálásával, az intelligens BMS-rendszerek népszerűsítésével és a biztonságos vegyi rendszerek, például az LFP népszerűsítésével megbízhatóbb energiatároló ökoszisztémát építhetünk fel.
