Quais são os problemas de fuga térmica das baterias de lítio que não podem ser ignorados?

Com o desenvolvimento vigoroso de novos veículos de energia e armazenamento de energia eletroquímica, a capacidade instalada de baterias de lítio está aumentando dia a dia. No entanto, a ocorrência frequente de acidentes em veículos de energia nova e usinas de armazenamento de energia chamou a atenção para a segurança das baterias de lítio. Entre eles, o fator mais perigoso é a fuga térmica das baterias de lítio. Nesse caso, quais problemas de fuga térmica as baterias de lítio têm que não podem ser ignorados? Vamos conhecê-los com os técnicos da Grepp!

1.Princípio de fuga térmica da bateria de lítio

Estágio 1: 125°C, o início da fuga térmica. O filme SEI reage e se decompõe, e a decomposição do SEI expõe o eletrodo negativo ao eletrólito, que promove a reação entre o eletrólito e o lítio no eletrodo negativo e gera gás.

Pesquisa sobre o risco de incêndio e condições de fuga térmica de baterias de íon de lítio

O segundo estágio: 125 ~ 180 ℃, a liberação de gás e o aumento de temperatura na bateria são acelerados. Nesta fase, a taxa de produção de gás é acelerada e o material do cátodo é decomposto, como: LiCoO2 se decompõe para gerar O2. Os sais de lítio também se decompõem, como LiPF6 se decompõe para formar LiF e ácido de Lewis PF5. O ácido de Lewis reage com o eletrólito em alta temperatura para gerar uma grande quantidade de gás.

Estágio 3: Acima de 180°C, ocorre fuga térmica. Neste estágio, a reação exotérmica entre o material do eletrodo positivo/negativo e o eletrólito e a taxa de reação de decomposição do eletrólito aumentam acentuadamente, e a temperatura interna da bateria também aumenta acentuadamente de acordo, e a válvula de alívio de pressão abre ou causa combustão espontânea .

2. Razões para fuga térmica de baterias de lítio

1）O abuso mecânico, como extrusão, colisão, acupuntura, etc., fará com que a bateria de lítio (célula) se deforme sob a ação da força externa, o diafragma será destruído e o curto-circuito entre os eletrodos positivo e negativo será induzir fuga térmica.

2）Abuso de calor, as baterias de lítio funcionam por um longo tempo em um ambiente de alta temperatura. As principais fontes de calor em todo o processo são: o ambiente externo de alta temperatura, o calor de polarização, o calor de reação e o calor de decomposição gerado durante o uso.

3）O abuso de eletricidade, a sobrecarga da bateria de lítio leva à destruição da estrutura do material ativo, à decomposição do eletrólito para produzir gás e ao aumento da pressão interna da bateria. Além disso, também inclui descarga excessiva, carregamento de alta taxa (excedendo a especificação), etc.

Revisão sobre fuga térmica de baterias de íon de lítio para veículos

3.Mecanismo de fuga térmica de baterias de lítio em diferentes temperaturas ambientes

1） Em baixa temperatura: Os fatores de risco vêm principalmente da formação de precipitação de lítio e dendritos de lítio no lado do eletrodo negativo.

2）Sob temperatura normal: Os fatores de risco vêm principalmente da geração de calor de polarização (polarização ôhmica, polarização eletroquímica, etc.), ou a geração de calor sob carga/descarga de alta taxa.

3）Sob alta temperatura: Os fatores de risco vêm principalmente da falha de materiais, incluindo: decomposição do SEI, encolhimento do diafragma, etc.

4. Medidas preventivas para fuga térmica de baterias de lítio

1) Configure a válvula de segurança, mas a faixa de valores de pressão da válvula de segurança precisa ser estritamente controlada.

2) Instale o termistor para evitar sobrecarga ou curto-circuito da bateria.

3) Gerenciamento térmico preciso do BMS, usando resfriamento a água, resfriamento a ar, etc. para resfriar a bateria durante o uso da bateria.

4) O uso de aditivos no eletrólito reduz a inflamabilidade do eletrólito.

5) Melhorar a qualidade da formação do filme SEI, como: adicionar LiCF3SO3 ao eletrólito, para que haja mais componentes inorgânicos no SEI.

6) Impedir a reação entre o material do eletrodo positivo e o eletrólito, como o uso de aditivos no eletrólito ou o revestimento do material do eletrodo positivo.

7) Aumente o ponto de fusão do diafragma, como: revestir uma camada cerâmica em ambos os lados do diafragma.

8) Padronizar o uso de baterias de lítio para reduzir ou eliminar fatores humanos como sobrecarga e descarga excessiva.