Šiandien įvairios automobilių kompanijos plačiai naudoja ličio baterijas elektros akumuliatoriuose, o energijos tankis vis didėja, tačiau žmones vis dar erzina elektros akumuliatorių saugumas, ir tai nėra geras sprendimas akumuliatorių saugumui. Terminis išsiveržimas yra pagrindinis elektros akumuliatorių saugos tyrimų objektas, į kurį verta atkreipti dėmesį.
Pirmiausia, supraskime, kas yra terminis išsiveržimas. Terminis išsiveržimas yra grandininės reakcijos reiškinys, kurį sukelia įvairūs veiksniai, dėl kurio per trumpą laiką akumuliatorius išskiria didelį kiekį šilumos ir kenksmingų dujų, o tai sunkiais atvejais gali netgi sukelti akumuliatoriaus užsidegimą ir sprogimą. Terminiam išsiveržimui yra daug priežasčių, pavyzdžiui, perkaitimas, perkrovimas, vidinis trumpasis jungimas, susidūrimas ir kt. Akumuliatoriaus terminis išsiveržimas dažnai prasideda nuo neigiamo SEI plėvelės irimo akumuliatoriaus elemente, po kurio seka diafragmos irimas ir lydymasis, dėl kurio suyra neigiamas elektrodas ir elektrolitas, o po to suyra ir teigiamas elektrodas, ir elektrolitas, todėl įvyksta didelio masto vidinis trumpasis jungimas, dėl kurio elektrolitas dega, o vėliau išplinta į kitus elementus, sukeldamas didelį terminį išsiveržimą ir leisdamas visam akumuliatoriaus blokui savaime užsidegti.
Šiluminio išsiveržimo priežastis galima suskirstyti į vidines ir išorines. Vidinės priežastys dažnai kyla dėl vidinių trumpųjų jungimų; išorinės priežastys – dėl mechaninio pažeidimo, elektros pažeidimo, terminio pažeidimo ir kt.
Vidinis trumpasis jungimas, kuris yra tiesioginis kontaktas tarp teigiamo ir neigiamo akumuliatoriaus gnybtų, labai skiriasi kontakto laipsniu ir vėlesne reakcija. Paprastai didelis vidinis trumpasis jungimas, kurį sukelia mechaninis ir terminis pažeidimas, tiesiogiai sukelia terminį išsiveržimą. Priešingai, savaime atsirandantys vidiniai trumpieji jungimai yra santykinai nedideli, o jų skleidžiama šiluma yra tokia maža, kad iš karto nesukelia terminio išsiveržimo. Vidinis savaiminis vystymasis dažniausiai apima gamybos defektus, įvairių savybių pablogėjimą dėl akumuliatoriaus senėjimo, pvz., padidėjusią vidinę varžą, ličio metalo nuosėdas, atsiradusias dėl ilgalaikio nedidelio netinkamo naudojimo ir kt. Laikui bėgant, vidinio trumpojo jungimo, kurį sukelia tokios vidinės priežastys, rizika palaipsniui didės.
Mechaninis pažeidimas – tai ličio akumuliatoriaus monomero ir akumuliatoriaus bloko deformacija veikiant išorinei jėgai ir skirtingų jo dalių santykinis poslinkis. Pagrindinės žalos, kurią patiria elektrinis elementas, formos yra susidūrimas, išstūmimas ir pradūrimas. Pavyzdžiui, dideliu greičiu važiuojančios transporto priemonės palietimas pašalinio objekto tiesiogiai sukėlė akumuliatoriaus vidinės diafragmos suirimą, dėl ko akumuliatoriuje įvyko trumpasis jungimas ir per trumpą laiką įvyko savaiminis užsidegimas.
Ličio baterijų elektros energijos tiekimas piktnaudžiaujantis elektra paprastai apima išorinį trumpąjį jungimą, perkrovimą, per didelį iškrovimą ir įvairias jo formas, kurios greičiausiai išsivysto į terminį išbėgimą. Išorinis trumpasis jungimas įvyksta, kai du laidininkai su diferenciniu slėgiu yra sujungti už elemento ribų. Išoriniai trumpieji jungimai akumuliatorių blokuose gali atsirasti dėl deformacijos, kurią sukelia transporto priemonių susidūrimai, panardinimas į vandenį, laidininkų užteršimas arba elektros smūgis techninės priežiūros metu. Paprastai išorinio trumpojo jungimo metu išsiskirianti šiluma nešildo akumuliatoriaus, o pradūrimas. Svarbi sąsaja tarp išorinio trumpojo jungimo ir terminio išbėgimo yra temperatūra, pasiekianti perkaitimo tašką. Būtent tada, kai išorinio trumpojo jungimo metu susidariusi šiluma negali gerai išsklaidyti, akumuliatoriaus temperatūra pakyla, o aukšta temperatūra sukelia terminį išbėgimą. Todėl trumpojo jungimo srovės nutraukimas arba perteklinės šilumos išsklaidymas yra būdai, kaip užkirsti kelią tolesnei išorinio trumpojo jungimo žalai. Perkrovimas dėl didelio energijos kiekio yra vienas didžiausių elektros energijos tiekimo pavojų. Šilumos ir dujų susidarymas yra du dažni perkrovimo proceso bruožai. Šiluma susidaro dėl ominės šilumos ir šalutinių reakcijų. Pirma, dėl per didelio ličio įterpimo anodo paviršiuje auga ličio dendritai.
Apsaugos nuo šiluminio išsiveržimo priemonės:
Savaime generuojamos šilumos etape, siekiant slopinti šerdies šiluminį išsiveržimą, turime dvi galimybes: viena – pagerinti ir atnaujinti šerdies medžiagą. Šiluminio išsiveržimo esmė daugiausia slypi teigiamo ir neigiamo elektrodo medžiagų bei elektrolito stabilume. Ateityje taip pat turime daryti didesnius proveržius katodo medžiagų dangose, modifikacijose, homogeninio elektrolito ir elektrodo suderinamume ir šerdies šiluminio laidumo gerinime. Arba pasirinkti elektrolitą, pasižymintį dideliu saugumu, kad būtų užtikrintas antipireno poveikis. Antra, būtina priimti efektyvius šilumos valdymo sprendimus (PTC aušinimo skysčio šildytuvas/ PTC oro šildytuvas) iš išorės, siekiant slopinti ličio jonų akumuliatoriaus temperatūros kilimą, siekiant užtikrinti, kad elemento SEI plėvelė nepakiltų iki tirpimo temperatūros ir, žinoma, neįvyktų terminis išsiveržimas.
Įrašo laikas: 2023 m. kovo 17 d.
