Thermal Runaway in der Lithium-Ionen-Batterie durch die hohe Temperatur kann die Zersetzung von Peroxid-Zersetzungs Anode SEI-Film, eine Zersetzung des aktiven positiven Elektrodenmaterials und der Elektrolytlösung führen, eine große Menge an Gas, was zu einem starken Anstieg des Gasinnendruck der Lithium-Ionen-Akku, so dass die Batterie, eine große Anzahl von Hochtemperatur-explodieren , brennbare und giftige Gas aus der Batterie freigesetzt wird, wird es eine ernste Gefahr für Leben und Eigentum Sicherheit der Passagiere. mit der zunehmenden Größe und Kapazität der Batterieleistung, thermal runaway Erhöhung der Freisetzung von Gasen wird oft verdoppelt werden, und daher ist es notwendig, Detaillierte Analyse der Arten und Mengen von Gasen, die von Hochleistungsbatterien im thermischen Durchlauf freigesetzt werden, um geeignete Schutzmaßnahmen bei der Konstruktion und Herstellung von Batteriepacks zu treffen.
Vor kurzem hat die deutsche Daimler SaschaKoch, der die Art, Menge und Einflussfaktoren von Gas für unterschiedliche Leistungsbatterie in thermal runaway in einer detaillierten Analyse veröffentlicht, zeigen Studien, dass CO 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6und C 3H6Eine Lithium-Ionen-Batterie thermal runaway sieben häufigstenes Gas, gibt es keine Korrelation zwischen der Batteriekapazität und der Konzentration der verschiedenen Gase. Thermal Runaway der Batteriekapazität und der Gesamtmenge des freigesetzten Gases ist eng mit dem durchschnittlichen bezogen pro Ah Kapazität Zu 1.96L Batterieenergiedichte und thermal runaway Triggertemperatur signifikant beeinflusst, verbesserte Batterieenergiedichte pro Volumen 1Wh / l sank die Temperatur Batterie thermal runaway 0,42 ° triggern.] C.
Im Allgemeinen kann die Menge an Gas, die durch die thermische Instabilität durch die folgende Gleichung berechnet werden, wobei n die Anzahl der Mole des Gases ist, p der Druck des Gases ist, V das Volumen des Gases ist, Rm die ideale Gaskonstante, T die absolute Temperatur, das ist die am weitesten verbreitete Methode zur Zeit verwendet, aber in der Tat, das thermal runaway Prozessgas ein sehr großen Temperaturgradienten innerhalb des abgedichteten Behälters hat, wodurch es unmöglich wurde genau das Volumen des Gases zu berechnen.
Um dieses Problem zu lösen, wählte Sascha Koch N 2Als Standardgas, N 2Der Inhalt in der Luft ist 78.084%, normalerweise denken wir N 2Es ist ein Inertgas, das nicht im thermischen Durchgehen einer Lithium-Ionen-Batterie reagiert, so dass wir das thermische Durchgehen vor und nach N vergleichen können 2Anzahl der berechneten Änderungen in der Konzentration der Lithiumionen-Batterie thermal runaway erzeugendes Gas, die folgende Gleichung. Wo V Gas Für die Anzahl der entsprechenden Gase, das leere Volumen im Inneren des Vvoid-Behälters, C N2Vent Und C GasVent Für die Hitze außer Kontrolle nach dem Container N 2Konzentration und Konzentration des entsprechenden Gases.
Masse des Gases relativ einfach ist, kann mit der berechneten Masse und Molvolumen des Gases erhalten wird, in der folgenden Formel eine Gasmasse MGAS, Molmasse MGAS des jeweiligen Gases, molar Vm0 gezeigt, das Volumen eines idealen Gases.
Um Testdaten für verschiedene Batterietypen zu erhalten, testete Sascha Koch insgesamt 51 Powerbatterien, davon 41 Weichpackbatterien und 10 Hartschalenbatterien, allesamt NCM / Graphit-Systeme, und das Elektrolyt-Lithiumsalz war LiPF6, und viele Arten von Lösungsmitteln, einschließlich EC, DMC, DEC und EMC, sind die grundlegenden Informationen von 51 Arten von Batterien in der folgenden Tabelle gezeigt Die 51 Arten von Batterien gehören "Power-Typ" Batterien und "Energie-Typ" Batterien, die folgende Abbildung zeigt Die Beziehung zwischen der volumetrischen Energiedichte der Batterie und der Gewichtsenergiedichte, in der das grüne Liniensegment das Anpassungsergebnis ist, kann aus der Figur entnommen werden, dass die volumetrische Energiedichte der 51 Energiebatterien das 2,38-fache der Gewichtsenergiedichte ist.
Im Vergleich zu anderen Arten von Gasen, CO 2Es hat gewisse Besonderheiten: Um das thermische Durchgehen von Lithium-Ionen-Batterien in der Praxis zu simulieren, verwendet der Druckbehälter eine gewöhnliche atmosphärische Atmosphäre, so dass das Gas etwa 21% O enthält. 2Da die Temperatur des von der Batterie bei dem thermischen Durchgehen freigesetzten Gases hoch ist, werden die meisten der brennbaren Gase mit O assoziiert sein. 2Die Reaktion findet statt, CO wird zweimal erzeugt 2Aus dem Bild unten CO und CO 2Aus der Konzentrationskurve ist ersichtlich, dass die Lithium-Ionen-Batterie zu Beginn sehr wenig Gas erzeugt 2Die Konzentration ist sehr hoch, aber wenn das von der Batterie erzeugte Gas zunimmt, CO 2Die Konzentration fällt schnell ab, hauptsächlich wegen des O innerhalb des Druckbehälters. 2Die Menge ist begrenzt, wenn die Anzahl der brennbaren Gase zunimmt, O 2Erschöpft, was zu CO führt 2Die relativ niedrige Konzentration, erreicht schließlich einen stabilen Wert und die Konzentration von CO mit O 2Der Verbrauch nimmt allmählich zu.
Die nachstehende Abbildung zeigt die sieben Gaskonzentrationen, die den höchsten Prozentsatz an Lithium-Ionen-Batterien aufweisen, die im thermischen Durchschlag freigesetzt wurden, CO 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6und C 3H6Ein Anteil von sieben Arten von Gas in der Lithium-Ionen-Batterie thermal runaway Gesamtkonzentration von mehr als 99% Gas-Verhältnis gelöst. Aus der Figur kann die meisten thermal runaway Menge des freigesetzten Gases zu sehen ist CO 2, CO und H 2Volumenanteil erreichte 35,56%, 28,38% und 22,27%, bzw. C, gefolgt von 2H4und CH 4Der Volumenanteil von 5,61% und 5,26% zu erreichen, die jeweils die letzten beiden Gase C2H6 und C 3H6Niedrigere Konzentrationen von 0,99% und 0,52% betragen.
Die unkontrollierte Freisetzung von Lithium-Ionen-Batterie thermischen Zersetzungsgas aus dem Haupt aktiven Material, ein Elektrolyten und ein Bindemittel für das Gas derart hohen CO enthält, 2Der Grund für die Konzentration, Sascha Koch, glaubt, dass LiPF6 und Lösungsmittel hauptsächlich im Elektrolyten bei hoher Temperatur zersetzt werden, und wir wissen, dass sich die positive Elektrode im thermischen Durchgehen der Lithium-Ionen-Batterie zersetzen und freisetzen wird. 2, diese O 2Mit O in der Luft 2Wird mit dem Elektrolyten reagieren, um CO zu bilden 2Neben den CO- und CO-Quellen gibt es eine geringe Menge an CO. 2Auf der Oberfläche der vollständig geladenen Anode tritt Reduktion auf, um CO. H zu bilden 2Hauptsächlich, weil das Bindemittel (wie PVDF, CMC) an der negativen Elektrode eine reduktive Zersetzungsreaktion erfährt, C 2H4Das Gas stammt hauptsächlich aus der Zersetzung des SEI-Films, und die Reaktion des EC-Lösungsmittels mit dem Metall Li und die Zersetzung des DMC auf der Oberfläche der negativen Elektrode erzeugt CH. 4und C3H6.
Aus den vorstehenden Befunden, die Konzentration der verschiedenen Art von Gas in der Lithium-Ionen-Batterie thermal runaway zwischen der Menge des erzeugten Gases erzeugte und wird nicht direkt verwandt, aber das Volumen des Gases in thermal runaway erzeugt, aber die Anwesenheit der Lithium-Ionen-Batteriekapazität Schließen Beziehung (wie unten gezeigt), indem sie die Datenanpassung, eine lineare Beziehung zwischen der Anzahl der thermischen Runaway in einer Lithium-Ionen-Batterie und die Gaserzeugungszellenkapazität, die Durchschnittskapazität Ah 1.96L von Gas erzeugt werden kann, wurde gefunden.
Wirkung des Lithium-Ionen-Batterie thermal runaway Prozesses nicht nur die Kapazität, Energiedichte der Lithium-Ionen-Batterie thermischen Instabilität hat erhebliche Auswirkungen, zum Beispiel aus der Figur, können wir eine steigende Volumenenergiedichte als Lithium-Ionen-Batterie sehen, ein Lithium thermal runaway-Ionen-Batterie auch kontinuierlich Auslösetemperatur verringert wird, wird die Anpassungsergebnisse, die volumetrische Energiedichte der Batterie pro 1Wh / L verbessern, die thermische Instabilität der Batterie sinkt Triggertemperatur 0,42 ℃. B aus der Figur zu sehen ist. eine Lithium-Ionen-Batterie thermal runaway wird, kann die thermische Instabilität kleineren Massenverlust des Lithium-Ionen-Akkus, oder umgekehrt ausgelöst höher aus der obigen Analyse ersichtlich ist, die Temperatur, die Energiedichte der Lithium-Ionen-Batterie, je höher die thermische Stabilität der Batterie die Differenz, desto intensiver thermal runaway.
Zellstruktur beeinflusst auch das thermische Runaway Verhalten einer Lithium-Ionen-Batterie, beispielsweise aus der Figur zu sehen sind, hochwertiges Softpack Batteriezelle Konten für den Massenverlust des Gasverhältnisses, und die harte Gasmasse ausmacht Massenverlust hergestellte Zelle Verhältnis relativ niedrig ist. Dies ist vor allem, weil die harte Zelle einen größeren Druck im Inneren ansammeln kann, die endgültige Freigabe von Gas, Hochdruckgas entlang eines Teils des festen Materials trägt die Entlastungsöffnung Zelle zu verlassen, was zu erhöhtem Verlust an Feststoffen resultierenden entfielen und weichen Die Batteriestruktur weist eine geringe Stärke auf, so dass das Gas eher austritt, so dass es nicht zu viel festes Material von der Batterie weg trägt.
Die Forschung von Sascha Koch zeigt, dass das von Lithium-Ionen-Batterien im thermischen Durchlauf erzeugte Gas hauptsächlich O ist. 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6 und C 3H6Sieben Arten von Gasen, mehr als 99%, die Konzentration der verschiedenen Gase ist unabhängig von der Kapazität der Batterie, aber die gesamte Menge an erzeugtem Gas ist eng mit der Kapazität der Batterie verbunden.Die durchschnittliche Kapazität pro Ah beträgt 1.96L, und die thermische Stabilität der Batterie ist Die Energiedichte der Batterie ist eng miteinander verknüpft: Für 1Wh / L der volumetrischen Energiedichte der Batterie sinkt die thermische Auslösetemperatur der Batterie um 0,42 ° C.
