Литий-ионная батарея в тепловом убегании из-за высокой температуры приведет к разложению отрицательной пленки SEI, разложению положительного активного материала и окислительному разложению электролита, образуя большое количество газа, что приводит к резкому повышению давления газа внутри литиево-ионной батареи, в результате чего батарея взрывается, большое количество высоких температур Выпуск горючих и токсичных газов из аккумулятора может серьезно угрожать безопасности пассажиров и имущества. Поскольку размер и мощность аккумуляторной батареи продолжают увеличиваться, газ, выделяемый при тепловом убегании, часто размножается, поэтому необходимо Детальный анализ типов и количеств газов, выделяемых мощными силовыми батареями в тепловом убегании, для принятия соответствующих защитных мер при проектировании и производстве батарейных блоков питания.
В последнее время SaschaKoch и др. Daimler AG из Германии провели детальный анализ типов, количеств и влияющих факторов газа, выделяемого из теплового утечки различных аккумуляторных батарей мощности. 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6И C 3H6Это наиболее распространенные семь газов в тепловом убегании литий-ионных батарей. Нет никакой корреляции между концентрацией различных газов и емкостью аккумулятора. Емкость батареи тесно связана с общим количеством газа, выделяемого при тепловом убегании. Средняя мощность на Ah составляет 1,96 л. Плотность энергии батареи оказывает существенное влияние на температуру срабатывания теплового бегства. При каждом увеличении плотности энергии аккумулятора на 1 Вт / л температура теплоносителя при нагреве батареи снижается на 0,42 ° C.
В общем случае количество газа, образующегося при тепловом убегании, может быть рассчитано по следующей формуле: где n - молярное количество газа, p - давление газа, V - объем газа, Rm - идеальная газовая постоянная, а T - абсолютная температура, которая также В настоящее время применяется наиболее широко используемый метод, но на самом деле газ в процессе термического разгона также имеет очень большой градиент температуры внутри герметичного контейнера, что делает невозможным точное вычисление объема газа.
Чтобы решить эту проблему, Саша Кох выбрал N 2В качестве стандартного газа N 2Содержание в воздухе составляет 78,084%, обычно мы считаем, что N 2Это инертный газ, который не реагирует при термическом утечке литий-ионной батареи, поэтому мы можем сравнить тепловое убегание до и после N 2Изменение концентрации рассчитывается для получения количества газа, генерируемого тепловым утечкой литиево-ионной батареи, как показано в следующем уравнении. газ Для количества соответствующих газов пустой объем внутри контейнера Vvoid, C N2Vent И C gasVent Для нагрева после контроля после контейнера N 2Концентрация и концентрация соответствующего газа.
Масса газа относительно проста и может быть рассчитана с использованием объема и молярной массы газа. Как показано в следующей формуле, mgas - масса газа, Mgas - молярная масса соответствующего газа, Vm0 - молярный объем идеального газа.
Чтобы получить тестовые данные для разных типов батарей, Sascha Koch проверила в общей сложности 51 силовую батарею, из которых 41 были батареями из мягкой упаковки, а 10 - твердыми аккумуляторными батареями, все из которых были системами NCM / графит, а соль лития с электролитом была LiPF6 и многие типы растворителей, в том числе EC, DMC, DEC и EMC, в следующей таблице представлена основная информация о 51 типе батарей. 51 тип батарей включает батареи типа питания и батареи типа энергии, на следующем рисунке показано Взаимосвязь между объемной плотностью энергии батареи и плотностью энергии веса, в которой сегмент зеленой линии является подходящим результатом, видно из рисунка, что объемная плотность энергии 51 энергоисточников в 2,38 раза превышает плотность энергии веса.
По сравнению с другими видами газов CO 2У этого есть определенные особенности. Для того, чтобы на практике экспериментально смоделировать литье-ионные батареи, напорный сосуд использует обычную атмосферную атмосферу, поэтому газ содержит около 21% O. 2Поскольку температура газа, выделяемого батареей в тепловом убегании, высока, большая часть горючих газов будет связана с O. 2Реакция происходит, СО продуцируется дважды 2. Из рисунка ниже CO и CO 2Из кривой концентрации видно, что вначале литиево-ионный аккумулятор генерирует очень мало газа, в это время CO 2Концентрация очень высокая, но по мере увеличения газа, создаваемого батареей, CO 2Концентрация быстро падает, главным образом из-за О внутри сосуда высокого давления. 2Количество ограничено, так как количество горючих газов увеличивается, O 2Исчерпаны, в результате чего СО 2Концентрация также относительно снижается, в конечном итоге достигает стабильного значения, а концентрация СО вместе с O 2Потребление постепенно увеличивается.
На приведенном ниже рисунке показаны семь концентраций газа, которые имеют самый высокий процент литий-ионных батарей, высвобождаемых в термическом режиме, CO 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6И C 3H6Соотношение общей концентрации выделяемого газа в тепловом убегании литий-ионной батареи составляет более 99%. Из рисунка ниже видно, что наиболее выделяемый газ в тепловом убегании составляет СО. 2, CO и H 2, объемная доля достигала 35,56%, 28,38% и 22,27%, а затем С 2H4И CH 4, объемная доля достигала 5,61% и 5,26% соответственно, последние два газа C2H6 и C 3H6Концентрации низкие, 0,99% и 0,52% соответственно.
Газ, выделяемый из теплового утечки литий-ионных батарей, в основном происходит из-за разложения активных веществ, электролитов и связующих веществ и высокого содержания СО в газе. 2Причина концентрации, Саша Кох считает, что LiPF6 и растворитель в основном разлагаются в электролите при высокой температуре. Мы знаем, что положительный электрод будет разлагаться и выделяться в тепловом убегании литиево-ионной батареи. 2, эти O 2С O в воздухе 2Будет реагировать с электролитом с образованием СО 2В дополнение к источникам СО и СО имеется небольшое количество СО. 2Уменьшение происходит на поверхности полностью заряженного анода с образованием CO. H 2Главным образом потому, что связующее (такое как PVDF, CMC) подвергается реакции редуктивного разложения на отрицательном электроде, C 2H4Газ в основном происходит из разложения пленки SEI, а реакция растворителя ЕС с металлом Li и разложение DMC на поверхности отрицательного электрода вызывает CH. 4И C3H6.
Из предыдущего исследования установлено, что нет прямой зависимости между концентрацией различных видов газов, генерируемых литиево-ионной батареей в тепловом убегании, и количеством генерируемого газа, но объем газа, образующегося в тепловом убегании, тесно связан с емкостью ионно-литиевой батареи. Соотношение (как показано на рисунке ниже), путем подбора данных, показало, что существует линейная зависимость между количеством газа, генерируемого литий-ионной батареей в тепловом убегании, и емкостью батареи, а средняя емкость каждого А может производить 1,96 л газа.
Это не только способность влиять на процесс теплового бегства литиево-ионных батарей, но и плотность энергии оказывает значительное влияние на тепловой побег литиево-ионных батарей. Например, из следующего рисунка а видно, что по мере того, как объемная плотность энергии литий-ионных батарей продолжает расти, литий Термическая температура срабатывания ионной батареи также постоянно уменьшается. Из результата фитинга температура триггерного нагрева батареи будет уменьшаться на 0,42 ° C для каждых 1 Вт / л от плотности объемной энергии батареи. См. Рис. B ниже. Чем выше температура срабатывания термоядерного литиево-ионного аккумулятора, тем меньше потери массы литий-ионной батареи в тепловом убегании и наоборот. Из приведенного выше анализа видно, что чем выше плотность энергии литий-ионной батареи, тем больше термостойкость батареи Бедный, тем более сильный термальный побег.
Батарейная структура также влияет на поведение при нагревании литиево-ионных аккумуляторов. Например, из приведенного ниже рисунка видно, что масса газа, создаваемого батареей из мягкой упаковки, составляет более высокую долю потери массы батареи, в то время как масса газа, генерируемого батареей жесткой оболочки, учитывает потерю массы. Отношение относительно низкое. Это связано главным образом с тем, что батарея жесткой оболочки может накапливать больше давления внутри и, наконец, выпускать газ вдоль отверстия для сброса давления. Газ высокого давления выводит из батареи какой-то твердый материал, что приводит к увеличению доли твердых потерь, а также мягким. Конструкция батареи имеет низкую прочность, поэтому газ, скорее всего, течет, поэтому он не переносит слишком много твердого материала в сторону от батареи.
Исследования Саша Коха показывают, что газ, создаваемый литий-ионными батареями в тепловом убегании, в основном О. 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6 и C 3H6Семь видов газов, на которые приходится более 99%, концентрация разных газов не зависит от емкости батареи, но общий объем генерируемого газа тесно связан с емкостью батареи. Средняя мощность на Ач составляет 1,96 л, а термическая стабильность батареи Плотность энергии батареи тесно связана. Для каждого 1Wh / L объемной плотности энергии батареи температура срабатывания термовыключателя батареи снижается на 0,42 ° C.
