emballement thermique de la batterie au lithium-ion en raison de la température élevée peut provoquer la décomposition de l'anode de décomposition du peroxyde pellicule SEI, la décomposition de la matière active d'électrode positive et la solution électrolytique, une grande quantité de gaz, ce qui entraîne une forte augmentation de la pression gazeuse interne de l'accumulateur lithium-ion, ce qui provoque exploser la batterie, un grand nombre de haute température , gaz inflammable et toxique est libéré de la batterie, il sera une menace sérieuse pour la vie et la sécurité des biens des passagers. avec la taille croissante et la capacité de la puissance de la batterie, l'augmentation d'emballement thermique dans la libération des gaz sera souvent doublé, et il est donc nécessaire types et les quantités de batterie de grande capacité d'emballement thermique dans le gaz libéré dans une analyse détaillée afin de prendre des mesures de protection appropriées la conception de la batterie et la production d'énergie.
Récemment, SaschaKoch et ses collaborateurs de Daimler AG, en Allemagne, ont analysé en détail les types, les quantités et les facteurs d’influence du gaz dégagé par l’emballement thermique de différentes batteries de puissance. 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6Et c 3H6Il s’agit des sept gaz les plus courants dans l’emballement thermique des batteries lithium-ion: il n’ya pas de corrélation entre la concentration des différents gaz et la capacité de la batterie. La densité d'énergie de la batterie a un effet significatif sur la température de déclenchement de l'emballement thermique Pour chaque augmentation de 1 Wh / L de la densité énergétique du volume de la batterie, la température de déclenchement thermique de la batterie chute de 0,42 ° C.
En général, la quantité de gaz généré par l'emballement thermique peut être calculée par la formule suivante, où n est la quantité molaire de gaz, p la pression du gaz, V le volume du gaz, Rm la constante du gaz idéal et T la température absolue À l'heure actuelle, la méthode la plus utilisée est adoptée, mais en fait, le gaz dans le processus d'emballement thermique présente également un très grand gradient de température à l'intérieur du conteneur scellé, ce qui rend impossible le calcul précis du volume du gaz.
Pour résoudre ce problème, Sascha Koch a choisi N 2Comme gaz standard, N 2Le contenu dans l'air est de 78,084%, nous pensons généralement N 2Il s’agit d’un gaz inerte qui ne réagit pas à l’emballement thermique d’une batterie lithium-ion, nous pouvons donc comparer l’emballement thermique avant et après 2Le changement de concentration est calculé pour obtenir la quantité de gaz générée par l'emballement thermique de la batterie lithium-ion, comme indiqué dans l'équation suivante. Gaz Pour le nombre de gaz correspondant, le volume vide à l'intérieur du conteneur Vvoid, C N2Vent Et c gasVent Pour la chaleur hors de contrôle après le conteneur N 2Concentration et concentration du gaz correspondant.
La masse du gaz est relativement simple et peut être calculée en utilisant le volume et la masse molaire du gaz Comme le montre la formule suivante, mgas est la masse du gaz, Mgas est la masse molaire du gaz correspondant et Vm0 est le volume molaire du gaz idéal.
Afin d’obtenir des données d’essai pour différents types de batteries, Sascha Koch a testé au total 51 batteries d’alimentation, dont 41 batteries soft pack et 10 batteries hard shell, toutes des systèmes NCM / graphite, et le sel de lithium à électrolyte était LiPF6 et de nombreux types de solvants, y compris EC, DMC, DEC et EMC, les informations de base de 51 types de piles sont indiquées dans le tableau suivant: Les 51 types de batteries comprennent les batteries La relation entre la densité d'énergie volumétrique de la batterie et la densité d'énergie pondérée, dans laquelle le segment de ligne verte est le résultat approprié, montre que la densité d'énergie volumétrique des 51 batteries est égale à 2,38 fois la densité d'énergie.
Par rapport aux autres types de gaz, le CO 2Ayant un certain degré de particularité, afin de simuler un emballement thermique de la batterie au lithium-ion pratique, un récipient sous pression est utilisé dans une atmosphère d'air ordinaire, le gaz contient environ 21% de O 2Parce que la température du gaz libéré par la batterie dans l'emballement thermique est élevée, la plupart des gaz combustibles seront associés à O. 2La réaction se produit, le CO est produit deux fois 2De la photo ci-dessous CO et CO 2On peut voir à partir de la courbe de concentration qu'au début, la batterie lithium-ion génère très peu de gaz, à ce moment-là CO 2La concentration est très élevée, mais lorsque le gaz produit par la batterie augmente, le CO 2La concentration chute rapidement, principalement en raison de la présence de O dans le récipient sous pression. 2La quantité est limitée, car le nombre de gaz combustibles augmente, O 2Épuisé, résultant en CO 2La concentration est également relativement réduite, atteignant éventuellement une valeur stable, et la concentration de CO avec O 2La consommation augmente progressivement.
La figure ci-dessous montre les sept concentrations de gaz ayant le pourcentage le plus élevé de batteries lithium-ion libérées lors d'un emballement thermique, CO 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6Et c 3H6Le ratio de la concentration totale de gaz libéré dans la congélation thermique de la batterie lithium-ion représentait plus de 99% .Dans la figure ci-dessous, on peut voir que le gaz le plus libéré dans l'emballement thermique est le CO. 2, CO et H 2, la fraction volumique atteint 35,56%, 28,38% et 22,27%, suivie de C 2H4Et ch 4la fraction volumique atteint respectivement 5,61% et 5,26% des deux derniers gaz C2H6 et C 3H6Les concentrations sont faibles, respectivement 0,99% et 0,52%.
Le gaz libéré par les batteries lithium-ion est principalement issu de la décomposition des substances actives, des électrolytes et des liants, ainsi que de la teneur élevée en CO du gaz. 2Provoque la concentration, la solution électrolytique Sascha Koch LiPF6 est que le solvant principal et à un résultat de pyrolyse, on sait que l'électrode positive se produit de décomposition de la batterie lithium-ion emballement thermique 2, ces O 2Avec O dans les airs 2Réagira avec l'électrolyte pour former du CO 2Outre les sources de CO et de CO, il existe une petite quantité de CO. 2La réduction se produit à la surface de l'anode complètement chargée pour former du CO. H 2Principalement parce que le liant (tel que PVDF, CMC) subit une réaction de décomposition réductrice à l’électrode négative, C 2H4Le gaz provient principalement de la décomposition du film SEI et de la réaction du solvant EC avec le métal Li et la décomposition du DMC sur la surface de l'électrode négative produit du CH. 4Et c3H6.
D'après les recherches précédentes, il n'y a pas de relation directe entre la concentration de différents types de gaz générés par la batterie lithium-ion dans l'emballement thermique et la quantité de gaz générée, mais le volume de gaz généré par l'emballement thermique La relation (comme le montre la figure ci-dessous), en ajustant les données, a montré qu'il existe une relation linéaire entre la quantité de gaz générée par la batterie lithium-ion et la capacité de la batterie. La capacité moyenne de chaque Ah peut générer 1,96 L de gaz.
Effet du processus d'emballement thermique de la batterie au lithium-ion non seulement la capacité, la densité d'énergie de l'emballement thermique de la batterie au lithium-ion a une incidence importante, par exemple de la figure, on peut voir une densité d'énergie de volume croissant comme une batterie ion-lithium, une batterie lithium ion emballement thermique déclenche également en continu la température est réduite, les résultats de montage, la densité d'énergie volumétrique de la batterie pour améliorer 1Wh / l, l'emballement thermique de la batterie va baisser la température de déclenchement 0,42 ℃. b peut être vu sur la Fig. une batterie au lithium-ion emballement thermique se déclenche plus la température, l'emballement thermique plus petite perte de masse de la batterie au lithium-ion, ou vice versa peut être vu à partir de l'analyse ci-dessus, plus la densité d'énergie de la batterie au lithium-ion, la stabilité thermique de la batterie Pauvre, plus la fuite thermique est grave.
La structure de la batterie affecte également le comportement d'emballement thermique des batteries lithium-ion, comme le montre la figure suivante: la masse de gaz produite par la batterie souple représente une plus grande proportion de la perte de masse de la batterie. Le rapport est relativement faible, principalement parce que la batterie dure peut accumuler plus de pression à l'intérieur et libère finalement le gaz le long de l'orifice de décompression. La structure de la batterie étant peu résistante, le gaz risque davantage de fuir et ne transporte pas trop de matière solide hors de la batterie.
Les recherches de Sascha Koch montrent que le gaz produit par les batteries lithium-ion dans les emballages thermiques est principalement constitué d'ozone. 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6 et C 3H6Sept types de gaz, représentant plus de 99%, la concentration de différents gaz est indépendante de la capacité de la batterie, mais la quantité totale de gaz générée est étroitement liée à la capacité de la batterie. La capacité moyenne par Ah est de 1,96 L et la stabilité thermique La densité d'énergie de la batterie est étroitement liée: pour chaque 1 Wh / L de la densité d'énergie volumétrique de la batterie, la température de déclenchement thermique de la batterie chute de 0,42 ° C.
