embalamiento térmico en la batería de iones de litio debido a la alta temperatura puede causar la descomposición de la descomposición del peróxido de ánodo película SEI, la descomposición del material activo del electrodo positivo y la solución electrolítica, una gran cantidad de gas, lo que resulta en un fuerte aumento de la presión de gas interna de la batería de iones de litio, causando que estalle la batería, un gran número de alta temperatura , gas inflamable y tóxico se libera de la batería, será una seria amenaza para la vida y la seguridad de la propiedad de los pasajeros. con el aumento de tamaño y capacidad de la energía de la batería, aumento embalamiento térmico en la liberación de gases a menudo se duplicará, y por lo tanto es necesario Análisis detallado de los tipos y cantidades de gases liberados por las baterías de gran capacidad en fugas térmicas para tomar medidas de protección apropiadas en el diseño y producción de paquetes de baterías de energía.
Recientemente, el alemán Daimler SaschaKoch, que lanzó el tipo, la cantidad y los factores que influyen de gas para diferentes capacidad de la batería en embalamiento térmico en un análisis detallado, los estudios muestran que el CO 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6Y C 3H6Una batería de iones de litio fugitivo siete gas más común térmica, no existe una correlación entre la capacidad de la batería y la concentración de los diferentes gases. Embalamiento térmico de la capacidad de la batería y la cantidad total de gas liberado está estrechamente relacionado con el medio por Ah de capacidad de liberación de gas 1.96L densidad de energía de la batería y de la temperatura de disparo embalamiento térmico afectadas significativamente, la mejora de la densidad de energía de la batería por volumen 1WH / L, la temperatura bajó a desencadenar batería térmica fugitivos 0.42 deg.] C.
En general, la cantidad de gas generado por fugas térmicas puede calcularse mediante la siguiente fórmula, donde n es la cantidad molar de gas, p es la presión del gas, V es el volumen del gas, Rm es la constante de gas ideal y T es la temperatura absoluta, que también es En la actualidad, se adopta el método más utilizado, pero de hecho, el gas en el proceso de fuga térmica también tiene un gradiente de temperatura muy grande dentro del contenedor sellado, lo que hace que sea imposible calcular con precisión el volumen del gas.
Para resolver este problema, Sascha Koch eligió N 2Como un gas estándar, N 2El contenido en el aire es 78.084%, por lo general creemos que N 2Es un gas inerte que no reacciona en la fuga térmica de una batería de iones de litio, por lo que podemos comparar la fuga térmica antes y después de N 2El cambio de concentración se calcula para obtener la cantidad de gas generado por el embalamiento térmico de la batería de iones de litio, como se muestra en la siguiente ecuación. Gas Para el número de gases correspondientes, el volumen vacío dentro del contenedor Vvoid, C N2Vent Y C gasVent Para el calor fuera de control después del contenedor N 2Concentración y concentración del gas correspondiente.
La masa del gas es relativamente simple y puede calcularse utilizando el volumen y la masa molar del gas. Como se muestra en la siguiente fórmula, mgas es la masa del gas, Mgas es la masa molar del gas correspondiente y Vm0 es el volumen molar del gas ideal.
Para obtener los datos de prueba para diferentes tipos de baterías, Sascha Koch un total de 51 batería probada, en la que 41 es una batería suave paquete, la batería 10 es duro, todas las pilas son sistema / grafito NCM, sal de litio es LiPF6, y varios tipos de disolventes incluyendo EC, DMC, DEC y EMC, 51 tipos de células información básica como se muestra a continuación. 51 tipos de células comprende tipo poder 'y batería de la célula' tipo de energía ", la pantalla de la fig. la relación entre la densidad de la densidad de energía de volumen y la energía peso de la batería, en donde la línea verde es un ajuste resultados pueden verse en la Fig. 51, la densidad de energía volumétrica párrafo de la batería es de 2,38 veces la densidad de energía promedio en peso.
Comparado con otros tipos de gases, CO 2Tiene ciertas peculiaridades. Para simular en la práctica la fuga térmica de las baterías de iones de litio, el recipiente a presión utiliza una atmósfera atmosférica normal, por lo que el gas contiene aproximadamente el 21% de O. 2Debido a que la temperatura del gas liberado por la batería en la fuga térmica es alta, la mayoría de los gases combustibles estarán asociados con O. 2Se produce la reacción, el CO se produce dos veces 2De la imagen debajo de CO y CO 2Se puede ver desde la curva de concentración que al principio, la batería de iones de litio genera muy poco gas, en este momento CO 2La concentración es muy alta, pero a medida que aumenta el gas producido por la batería, CO 2La concentración disminuye rápidamente, principalmente debido a la O dentro del recipiente a presión. 2La cantidad es limitada, ya que la cantidad de gases combustibles aumenta, O 2Agotado, lo que resulta en CO 2La concentración también se reduce relativamente, alcanzando eventualmente un valor estable, y la concentración de CO junto con O 2El consumo aumenta gradualmente.
La siguiente figura muestra la proporción más alta de siete concentración de gas en la batería de iones de litio se libera en embalamiento térmico, CO 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6Y C 3H6Valoradas por siete tipos de gas liberado en la batería de iones de litio concentración total embalamiento térmico de la relación de gas a más de 99%. De la figura se puede ver la cantidad fugitivo más térmica del gas liberado es CO 2, CO y H 2, la fracción de volumen alcanzó 35.56%, 28.38% y 22.27%, seguido por C 2H4Y CH 4, La fracción de volumen de 5,61% y 5,26% para alcanzar, respectivamente, la última dos gases C2H6 y C 3H6Las concentraciones son bajas, 0.99% y 0.52%, respectivamente.
La liberación incontrolada de batería de iones de litio gas de descomposición térmica de la materia activa principal, un electrolito y un ligante para el gas que contiene tal alta CO 2La razón de la concentración, Sascha Koch, cree que LiPF6 y el solvente se descomponen principalmente en el electrolito a alta temperatura. Sabemos que el electrodo positivo se descompondrá y se liberará en la fuga térmica de la batería de iones de litio. 2, estos O 2Con O en el aire 2Reaccionará con el electrolito para formar CO 2Además de las fuentes de CO y CO, hay una pequeña cantidad de CO. 2La reducción ocurre en la superficie del ánodo completamente cargado para formar CO. H 2Principalmente porque el aglutinante (como PVDF, CMC) sufre una reacción de descomposición reductiva en el electrodo negativo, C 2H4El gas proviene principalmente de la descomposición de la película SEI, y la reacción del solvente EC con el metal Li, y la descomposición del DMC en la superficie del electrodo negativo produce CH. 4Y C3H6.
A partir de los hallazgos anteriores, la concentración de diferentes tipos de gas generado en el embalamiento térmico de la batería de iones de litio entre la cantidad de gas producido y no está relacionado directamente, pero el volumen de gas generado en embalamiento térmico, pero la presencia de la capacidad de la batería de iones de litio cerca relación (como se muestra a continuación), por ajuste de los datos, se encontró una relación lineal entre el número de embalamiento térmico en una batería de iones de litio y la capacidad de la célula de generación de gas, la capacidad media Ah 1.96L de gas se pueden generar.
Efecto del proceso de embalamiento térmico de la batería de iones de litio no sólo la capacidad, densidad de energía del embalamiento térmico de la batería de iones de litio tiene un impacto significativo, por ejemplo de la figura, podemos ver una densidad de energía creciente volumen como una batería de iones de litio, una batería de litio batería de iones de embalamiento térmico también desencadenar continuamente la temperatura se reduce, los resultados de ajuste, la densidad de energía volumétrica de la batería por mejorar 1WH / L, el embalamiento térmico de la batería se reducirá la temperatura de disparo 0,42 ℃. b se puede ver en la figura. un embalamiento térmico de la batería de iones de litio se activa más alta es la temperatura, la pérdida de masa del embalamiento térmico más pequeña de la batería de iones de litio, o viceversa puede verse a partir del análisis anterior, cuanto mayor es la densidad de energía de la batería de iones de litio, la estabilidad térmica de la batería la diferencia, la más intensa fuga térmica.
La estructura de la batería también afecta el comportamiento térmico de las baterías de litio. Por ejemplo, la siguiente figura muestra que la masa de gas producida por la batería de paquete blando representa una mayor proporción de la pérdida de masa de la batería, mientras que la masa del gas generado por la batería dura explica la pérdida de masa. La relación es relativamente baja, principalmente porque la batería dura puede acumular más presión en el interior y finalmente libera el gas a lo largo del puerto de alivio de presión. El gas a alta presión extrae algo de la batería, lo que aumenta la proporción de pérdida de sólidos, aunque es suave. La estructura de la batería es de poca potencia, por lo que es más probable que gotee, por lo que no lleva demasiado material sólido lejos de la batería.
La investigación de Sascha Koch muestra que el gas producido por las baterías de iones de litio en la fuga térmica es principalmente O. 2, CO, H 2, C2H4, CH 4, C2H6 y C 3H6Siete clases de gases, que representan más del 99%, la concentración de diferentes gases es independiente de la capacidad de la batería, pero la cantidad total de gas está estrechamente relacionada con la capacidad de la batería. La capacidad promedio por Ah es de 1,96 l y la estabilidad térmica de la batería La densidad de energía de la batería está estrechamente relacionada: por cada 1Wh / L de la densidad de energía volumétrica de la batería, la temperatura de desconexión térmica de la batería disminuirá en 0.42 ° C.
