اليوم، تستخدم شركات السيارات المختلفة بطاريات الليثيوم على نطاق واسع في بطاريات الطاقة، وكثافة الطاقة تزداد أكثر فأكثر، لكن لا يزال الناس متلونين بسلامة بطاريات الطاقة، وهو ليس حلاً جيدًا لسلامة البطاريات.يعد الهروب الحراري هو الهدف البحثي الرئيسي لسلامة بطاريات الطاقة، وهو أمر يستحق التركيز عليه.
في البداية دعونا نفهم ما هو الهروب الحراري.الهروب الحراري هو ظاهرة تفاعل متسلسل تنشأ عن محفزات مختلفة، مما يؤدي إلى انبعاث كمية كبيرة من الحرارة والغازات الضارة من البطارية خلال فترة زمنية قصيرة، مما قد يؤدي أيضًا إلى اشتعال البطارية وانفجارها في الحالات الخطيرة.هناك العديد من الأسباب لحدوث الهروب الحراري، مثل ارتفاع درجة الحرارة، والشحن الزائد، وقصر الدائرة الداخلية، والاصطدام، وما إلى ذلك. غالبًا ما يبدأ الهروب الحراري للبطارية من تحلل فيلم SEI السلبي في خلية البطارية، يليه التحلل والذوبان من الحجاب الحاجز، مما يؤدي إلى القطب السالب والكهارل، يليه تحلل كل من القطب الموجب والكهارل، مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي داخلي واسع النطاق، مما يتسبب في حرق الإلكتروليت، والذي ينتشر بعد ذلك إلى خلايا أخرى، مما يسبب هارب حراري خطير ويسمح لحزمة البطارية بأكملها بإنتاج احتراق تلقائي.
يمكن تقسيم أسباب الهروب الحراري إلى أسباب داخلية وخارجية.الأسباب الداخلية غالبا ما تكون بسبب الدوائر القصيرة الداخلية؛ترجع الأسباب الخارجية إلى سوء الاستخدام الميكانيكي أو سوء الاستخدام الكهربائي أو سوء الاستخدام الحراري وما إلى ذلك.
تختلف دائرة القصر الداخلية، وهي عبارة عن اتصال مباشر بين الأطراف الموجبة والسالبة للبطارية، بشكل كبير في درجة الاتصال ورد الفعل اللاحق الناتج.عادةً ما تؤدي دائرة كهربائية داخلية ضخمة ناتجة عن سوء الاستخدام الميكانيكي والحراري إلى حدوث انفلات حراري مباشر.في المقابل، فإن الدوائر القصيرة الداخلية التي تتطور من تلقاء نفسها تكون صغيرة نسبيًا، والحرارة التي تولدها تكون صغيرة جدًا لدرجة أنها لا تؤدي على الفور إلى الهروب الحراري.يتضمن التطوير الذاتي الداخلي عادةً عيوب التصنيع، وتدهور الخصائص المختلفة الناتج عن تقادم البطارية، مثل زيادة المقاومة الداخلية، ورواسب معدن الليثيوم الناتجة عن سوء الاستخدام الخفيف على المدى الطويل، وما إلى ذلك. ومع تراكم الوقت، يزداد خطر حدوث ماس كهربائي داخلي ناجم عن مثل هذا الأسباب الداخلية سوف تتزايد تدريجيا.
يشير سوء الاستخدام الميكانيكي إلى تشوه مونومر بطارية الليثيوم وحزمة البطارية تحت تأثير القوة الخارجية، والإزاحة النسبية لأجزاء مختلفة من نفسها.تشمل الأشكال الرئيسية ضد الخلية الكهربائية الاصطدام والقذف والثقب.على سبيل المثال، أدى ملامسة جسم غريب للمركبة بسرعة عالية إلى انهيار الغشاء الداخلي للبطارية، مما أدى بدوره إلى حدوث ماس كهربائي داخل البطارية وتسبب في احتراق ذاتي خلال فترة زمنية قصيرة.
يتضمن سوء استخدام بطاريات الليثيوم بشكل عام ماس كهربائي خارجي، والشحن الزائد، والتفريغ الزائد بعدة أشكال، والتي من المرجح أن تتطور إلى انفلات حراري للشحن الزائد.تحدث الدائرة القصيرة الخارجية عندما يتم توصيل موصلين بضغط تفاضلي خارج الخلية.يمكن أن يكون القصور الخارجي في حزم البطاريات ناتجًا عن التشوه الناتج عن اصطدام المركبات أو الغمر في الماء أو تلوث الموصل أو الصدمة الكهربائية أثناء الصيانة.عادةً، لا تؤدي الحرارة المنبعثة من دائرة كهربائية قصيرة إلى تسخين البطارية بدلاً من ثقبها.الرابط المهم بين ماس كهربائي خارجي والانفلات الحراري هو وصول درجة الحرارة إلى نقطة الانهاك.عندما لا يمكن تبديد الحرارة الناتجة عن الدائرة القصيرة الخارجية بشكل جيد، ترتفع درجة حرارة البطارية وتؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى الهروب الحراري.ولذلك، فإن قطع تيار الدائرة القصيرة أو تبديد الحرارة الزائدة هي طرق لمنع الدائرة القصيرة الخارجية من إحداث المزيد من الضرر.يعد الشحن الزائد، بسبب امتلاءه بالطاقة، أحد أكبر مخاطر سوء الاستخدام الكهربائي.يعد توليد الحرارة والغاز من السمات الشائعة لعملية الشحن الزائد.يأتي توليد الحرارة من الحرارة الأومية والتفاعلات الجانبية.أولاً، تنمو تشعبات الليثيوم على سطح الأنود بسبب التضمين المفرط للليثيوم.
تدابير الحماية الحرارية هارب:
في مرحلة الحرارة المولدة ذاتيًا لمنع الهروب الحراري للنواة، لدينا خياران، أحدهما هو تحسين وترقية مادة القلب، ويكمن جوهر الهروب الحراري بشكل أساسي في استقرار مواد القطب الموجب والسالب و بالكهرباء.في المستقبل، نحتاج أيضًا إلى تحقيق اختراقات أعلى في طلاء مادة الكاثود، وتعديلها، وتوافق المنحل بالكهرباء المتجانس والإلكترود، وتحسين التوصيل الحراري للنواة.أو اختر المنحل بالكهرباء ذو الأمان العالي للعب تأثير مثبطات اللهب.ثانياً، من الضروري اعتماد حلول فعالة لإدارة الحرارة (سخان سائل التبريد PTC/ سخان الهواء بي تي سي) من الخارج لقمع ارتفاع درجة حرارة بطارية Li-ion، وذلك للتأكد من أن فيلم SEI الخاص بالخلية لن يرتفع إلى درجة حرارة الذوبان، وبطبيعة الحال، لن يحدث الهروب الحراري.
وقت النشر: 17 مارس 2023
