Oggi, diverse case automobilistiche utilizzano batterie al litio su larga scala nelle batterie di potenza, e la densità energetica sta aumentando sempre di più. Tuttavia, la sicurezza delle batterie di potenza continua a destare sospetti, e questa non è una buona soluzione. Il runaway termico è il principale oggetto di ricerca sulla sicurezza delle batterie di potenza, e vale la pena concentrarsi su questo aspetto.
Innanzitutto, cerchiamo di capire cos'è la fuga termica. La fuga termica è un fenomeno a catena innescato da vari fattori, che provoca l'emissione di una grande quantità di calore e gas nocivi dalla batteria in un breve lasso di tempo, che può persino causare l'incendio e l'esplosione della batteria stessa nei casi più gravi. Le cause della fuga termica possono essere molteplici, come surriscaldamento, sovraccarico, cortocircuito interno, collisione, ecc. La fuga termica della batteria spesso inizia con la decomposizione del film SEI negativo nella cella della batteria, seguita dalla decomposizione e fusione del diaframma, con conseguente rottura dell'elettrodo negativo e dell'elettrolita, seguita dalla decomposizione sia dell'elettrodo positivo che dell'elettrolita, innescando così un cortocircuito interno su larga scala, che causa la combustione dell'elettrolita, che poi si diffonde ad altre celle, causando una grave fuga termica e consentendo all'intero pacco batteria di produrre combustione spontanea.
Le cause della fuga termica possono essere suddivise in interne ed esterne. Le cause interne sono spesso dovute a cortocircuiti interni; le cause esterne sono dovute a sollecitazioni meccaniche, elettriche, termiche, ecc.
Un cortocircuito interno, ovvero un contatto diretto tra i terminali positivo e negativo della batteria, varia notevolmente nel grado di contatto e nella conseguente reazione innescata. Di solito, un cortocircuito interno di notevole entità causato da sollecitazioni meccaniche e termiche innescherà direttamente una fuga termica. Al contrario, i cortocircuiti interni che si sviluppano spontaneamente sono relativamente minori e il calore che generano è così ridotto da non innescare immediatamente una fuga termica. L'autosviluppo interno include comunemente difetti di fabbricazione, deterioramento di varie proprietà causato dall'invecchiamento della batteria, come l'aumento della resistenza interna, depositi di litio metallico causati da un uso improprio prolungato e lieve, ecc. Con il passare del tempo, il rischio di cortocircuito interno causato da tali cause interne aumenterà gradualmente.
L'abuso meccanico si riferisce alla deformazione del monomero della batteria al litio e del pacco batteria sotto l'azione di forze esterne, nonché allo spostamento relativo di diverse parti di essa. Le principali forme di abuso contro la cella elettrica includono collisione, estrusione e foratura. Ad esempio, un oggetto estraneo toccato dal veicolo ad alta velocità ha causato direttamente il collasso del diaframma interno della batteria, che a sua volta ha causato un cortocircuito al suo interno e innescato la combustione spontanea in breve tempo.
L'abuso elettrico delle batterie al litio include generalmente cortocircuiti esterni, sovraccarichi e sovrascarica in diverse forme, che con maggiore probabilità si trasformano in runaway termico. Il cortocircuito esterno si verifica quando due conduttori con pressione differenziale sono collegati all'esterno della cella. I cortocircuiti esterni nei pacchi batteria possono essere dovuti a deformazioni causate da collisioni con veicoli, immersione in acqua, contaminazione dei conduttori o scosse elettriche durante la manutenzione. In genere, il calore rilasciato da un cortocircuito esterno non riscalda la batteria, a differenza di una foratura. Il collegamento importante tra un cortocircuito esterno e la runaway termica è la temperatura che raggiunge il punto di surriscaldamento. È quando il calore generato dal cortocircuito esterno non può essere dissipato bene che la temperatura della batteria aumenta e l'elevata temperatura innesca la runaway termica. Pertanto, interrompere la corrente di cortocircuito o dissipare il calore in eccesso sono modi per impedire al cortocircuito esterno di produrre ulteriori danni. La sovraccarica, a causa della sua piena energia, è uno dei rischi più elevati di abuso elettrico. La generazione di calore e gas sono due caratteristiche comuni del processo di sovraccarica. La generazione di calore deriva dal calore ohmico e dalle reazioni collaterali. Innanzitutto, i dendriti di litio crescono sulla superficie dell'anodo a causa dell'eccessivo assorbimento di litio.
Misure di protezione contro la fuga termica:
Nella fase di autogenerazione del calore, per inibire la fuga termica del nucleo, abbiamo due opzioni: la prima è quella di migliorare e potenziare il materiale del nucleo, l'essenza della fuga termica risiede principalmente nella stabilità dei materiali degli elettrodi positivi e negativi e dell'elettrolita. In futuro, dovremo anche fare progressi maggiori nel rivestimento del materiale catodico, nella modifica, nella compatibilità di elettrolita ed elettrodo omogenei e nel miglioramento della conduttività termica del nucleo. Oppure, scegliere un elettrolita con elevata sicurezza per sfruttare l'effetto ritardante di fiamma. In secondo luogo, è necessario adottare soluzioni efficienti per la gestione termica (Riscaldatore del refrigerante PTC/ Riscaldatore d'aria PTC) dall'esterno per sopprimere l'aumento di temperatura della batteria agli ioni di litio, in modo da garantire che la pellicola SEI della cella non raggiunga la temperatura di dissoluzione e, naturalmente, che non si verifichi una fuga termica.
Data di pubblicazione: 17-03-2023
