高温によるリチウムイオン電池の熱暴走は、バッテリは、高温の多数を爆発させ、過酸化物分解アノードSEI膜、正極活物質と電解液、リチウムイオン電池の内部ガス圧力の急激な上昇を生じる大量のガスの分解の分解を引き起こすことができます、可燃性および有毒ガスがバッテリから解放され、それが乗客の生命と財産の安全に深刻な脅威となります。バッテリ電源の大型化と容量で、ガスの放出で熱暴走増加が頻繁に倍増されますので、それが必要です適切な保護措置電池設計と電源の生産を取るために、種類と詳細な分析で放出されたガスで大容量バッテリの熱暴走の量。
最近、ドイツのDaimler AGのSaschaKochらが、異なる容量の電池の熱暴走から放出されるガスの種類、量および影響因子について詳細な分析を行った。 2、CO、H 2, C2H4、CH 4, C2H6そしてC 3H6リチウムイオン電池の熱暴走7つの最も一般的なガスは、電池容量と異なるガスの濃度との相関はない。電池容量及び放出されるガスの総量の熱暴走は、AH容量ガス放出1.96Lあたりの平均に密接に関連していますバッテリのエネルギー密度は、熱暴走のトリガ温度に大きな影響を与えます。バッテリの体積エネルギー密度が1Wh / L増加するたびに、バッテリの熱暴走トリガ温度は0.42℃低下します。
一般的に、熱暴走によって発生するガスの量は、nは気体のモル数であり、以下の式によって計算することができ、Pは気体の圧力であり、Vは気体の体積であり、Rmは理想気体定数、Tはである、絶対温度現在、最も広く用いられている方法が採用されているが、実際には熱暴走過程のガスも密閉容器内で非常に大きな温度勾配を有しているため、ガスの体積を正確に計算することが不可能である。
この問題を解決するために、Sascha KochはN 2標準ガスとしてN 2空中のコンテンツは78.084％で、通常N 2これは、リチウムイオン電池の熱暴走で反応しない不活性ガスであるので、N前後の熱暴走を比較することができます 2濃度変化は、以下の式に示すように、リチウムイオン電池の熱暴走によって発生するガスの量を計算するために計算される。 ガス 対応するガスの数については、Vvoid容器内の空の容積C N2ベント そしてC ガスベント コンテナNの後の制御不能熱 2対応するガスの濃度および濃度。
ガスの質量は比較的単純であり、ガスの体積およびモル質量を用いて計算することができる。以下の式に示すように、mgasはガスの質量であり、Mgasは対応するガスのモル質量であり、Vm0は理想気体のモル体積である。
異なるタイプの電池の試験データを得るために、Sascha Kochは、41個のソフトパック電池と10個のハードシェル電池（いずれもNCM /グラファイト系）と51個の電池を試験した。 LiPF6、EC、DMC、DEC、EMCなど多くの種類の溶媒について、以下の表に示す51種類の電池の基本的な情報を示します：51種類の電池には「パワータイプ」電池と「エネルギータイプ」電池があります。緑色の線は、フィット結果を図51から分かるようである電池の体積エネルギー密度および重量エネルギー密度との関係は、電池の段落体積エネルギー密度は、2.38倍の重量平均エネルギー密度です。
他の種類のガスと比較して、CO 2実際にリチウムイオン電池の熱暴走をシミュレートするために、圧力容器は通常の大気雰囲気を使用するため、ガスにはOの約21％が含まれています。 2熱暴走時にバッテリによって放出されるガスの温度が高いため、ほとんどの可燃性ガスはOと関連する。 2反応が起こり、COが2回生成する 2。COとCOの下の写真から 2この濃度曲線から、当初、リチウムイオン電池はごくわずかなガスしか発生していないことが分かります。このときCO 2濃度は非常に高いが、電池によって生成されるガスが増加すると、CO 2主に圧力容器内のOのために濃度が急激に低下します。 2量は限られています。可燃性ガスの数が増えると、O 2消耗し、CO 2濃度も相対的に低下し、最終的には安定した値に達し、COとO 2消費は徐々に増加している。
下の図は熱暴走で放出されるリチウムイオン電池の最高パーセンテージを持つ7つのガス濃度を示しています 2、CO、H 2, C2H4、CH 4, C2H6そしてC 3H6リチウムイオン電池の熱暴走時に放出されるガスの総濃度の比率は99％以上を占めています。下の図から、熱暴走時に最も多く放出されるガスはCOです。 2、COおよびH 2、体積分率は35.56％、28.38％および22.27％に達し、続いてC 2H4そしてCH 4、体積分率はそれぞれ5.61％および5.26％に達し、最後の2つのガスC2H6およびC 3H6濃度はそれぞれ0.99％および0.52％と低い。
リチウムイオン電池の熱暴走から放出されるガスは、主に活性物質、電解質および結合剤の分解、およびガス中の高いCO含有量に由来する。 2濃縮の理由として、Sascha Kochは、LiPF 6と溶媒が主に高温で電解液中で分解すると考えています。リチウムイオン電池の熱暴走時に正極が分解して放出することがわかります。 2、これらのO 2空気中のOで 2電解質と反応してCOを生成する 2COおよびCOの供給源に加えて、少量のCOが存在する。 2完全に充電されたアノードの表面で還元が起こってCOを生成する。H 2主に、バインダー（PVDF、CMCなど）が負極で還元分解反応を起こすため、C 2H4ガスは主にSEI膜の分解に由来し、EC溶媒と金属Liとの反応、および負電極の表面上でのDMCの分解はCHを生成する。 4そしてC3H6.
上記の知見から、生成されたガスの量との間のリチウムイオン電池の熱暴走で発生したガスの異なる種類の濃度と直接関連しないが、熱暴走中に発生したガスの体積が、近いリチウムイオン電池容量の存在関係は、（以下に示すように）、データを当てはめることによって、線形関係がリチウムイオン電池の熱暴走の数及びガス発生セル容量との間に見出された、平均容量ガスのああ1.96Lを生成することができます。
リチウムイオン電池の熱暴走プロセスの効果だけではなく、容量、リチウムイオン電池の熱暴走のエネルギー密度は、図から例えば、我々は、リチウムイオン電池としてリチウムを上昇体積エネルギー密度を大きな影響見ることができました熱暴走イオン電池はまた、連続的に温度をトリガし、フィッティング結果、1Wh / Lを向上さ当たりの電池の体積エネルギー密度が低下し、電池の熱暴走は、トリガー温度0.42℃をドロップします。Bは、図から分かります。リチウムイオン電池の熱暴走は、上記の分析から分かるように、より高い温度、リチウムイオン電池の熱暴走小さい質量損失、またはその逆にトリガーされる、リチウムイオン電池の高エネルギー密度、電池の熱安定性貧しい、熱暴走はより厳しい。
例えば、以下の図から、ソフトパックバッテリによって生成されたガスの質量は、バッテリの質量損失のより高い割合を占める一方で、ハードシェルバッテリによって生成されたガスの質量が質量損失を占めることが分かる。これは主に、ハードシェル電池がより多くの圧力を蓄積し、最後に圧力開放ポートに沿ってガスを放出するためである。電池の構造は強度が低いため、ガスが漏れる可能性がより高いため、電池から離れた固体材料を持ちすぎない。
Sascha Kochの研究は、熱暴走時にリチウムイオン電池によって生成されるガスが主にOであることを示している。 2、CO、H 2, C2H4、CH 4、C 2 H 6およびC 3H699％以上を占める7種類のガスは、異なるガスの濃度は電池の容量に依存しないが、生成されるガスの総量は電池の容量に密接に関連する.Ahあたりの平均容量は1.96Lであり、電池の熱安定性はバッテリーのエネルギー密度は密接に関連しています。バッテリーの体積エネルギー密度の1Wh / Lごとに、バッテリーの熱暴走トリガー温度は0.42℃低下します。
