Heutzutage verwenden verschiedene Automobilhersteller Lithiumbatterien in großem Umfang in Leistungsbatterien, und die Energiedichte wird immer höher, aber die Sicherheit von Leistungsbatterien ist für die Menschen immer noch wichtig, und dies ist keine gute Lösung für die Sicherheit von Batterien.Das thermische Durchgehen ist das Hauptforschungsobjekt für die Sicherheit von Leistungsbatterien und es lohnt sich, sich darauf zu konzentrieren.
Lassen Sie uns zunächst verstehen, was thermisches Durchgehen ist.Beim thermischen Durchgehen handelt es sich um ein Kettenreaktionsphänomen, das durch verschiedene Auslöser ausgelöst wird und dazu führt, dass die Batterie innerhalb kurzer Zeit große Mengen an Hitze und schädlichen Gasen ausstößt, was in schweren Fällen sogar dazu führen kann, dass die Batterie Feuer fängt und explodiert.Es gibt viele Gründe für das Auftreten eines thermischen Durchgehens, wie z. B. Überhitzung, Überladung, interner Kurzschluss, Kollision usw. Das thermische Durchgehen einer Batterie beginnt häufig mit der Zersetzung des negativen SEI-Films in der Batteriezelle, gefolgt von der Zersetzung und dem Schmelzen des Diaphragmas, wodurch die negative Elektrode und der Elektrolyt entstehen, gefolgt von der Zersetzung sowohl der positiven Elektrode als auch des Elektrolyten, wodurch ein großflächiger interner Kurzschluss ausgelöst wird, der zum Verbrennen des Elektrolyten führt, der sich dann auf andere Zellen ausbreitet und verursacht Es kommt zu einem ernsthaften thermischen Durchgehen und es kommt zu einer Selbstentzündung des gesamten Batteriepakets.
Die Ursachen des thermischen Durchgehens können in interne und externe Ursachen unterteilt werden.Interne Ursachen sind oft auf interne Kurzschlüsse zurückzuführen;Äußere Ursachen sind mechanischer Missbrauch, elektrischer Missbrauch, thermischer Missbrauch usw.
Ein interner Kurzschluss, also ein direkter Kontakt zwischen Plus- und Minuspol der Batterie, variiert stark im Grad des Kontakts und der daraufhin ausgelösten Reaktion.Normalerweise löst ein massiver interner Kurzschluss, der durch mechanischen und thermischen Missbrauch verursacht wird, direkt ein thermisches Durchgehen aus.Im Gegensatz dazu sind interne Kurzschlüsse, die von selbst entstehen, relativ gering und die dadurch erzeugte Wärme ist so gering, dass sie nicht sofort zu einem thermischen Durchgehen führt.Zu den internen Eigenentwicklungen gehören üblicherweise Herstellungsfehler, eine Verschlechterung verschiedener Eigenschaften aufgrund der Batteriealterung, wie z. B. ein erhöhter Innenwiderstand, Lithiummetallablagerungen aufgrund langfristiger leichter Fehlbedienung usw. Mit der Zeit steigt das Risiko eines dadurch verursachten internen Kurzschlusses Interne Ursachen werden allmählich zunehmen.
Unter mechanischem Missbrauch versteht man die Verformung des Lithiumbatteriemonomers und des Batteriesatzes unter Einwirkung äußerer Kräfte sowie die relative Verschiebung verschiedener Teile davon.Zu den Hauptformen gegen die elektrische Zelle gehören Kollision, Extrusion und Punktion.Beispielsweise führte ein Fremdkörper, der bei hoher Geschwindigkeit vom Fahrzeug berührt wurde, direkt zum Zusammenbruch der inneren Membran der Batterie, was wiederum einen Kurzschluss innerhalb der Batterie verursachte und innerhalb kurzer Zeit eine Selbstentzündung auslöste.
Der elektrische Missbrauch von Lithiumbatterien umfasst im Allgemeinen externe Kurzschlüsse, Überladung und Tiefentladung in verschiedenen Formen, die sich höchstwahrscheinlich zu einem thermischen Durchgehen und einer Überladung entwickeln.Ein äußerer Kurzschluss entsteht, wenn zwei Leiter mit Differenzdruck außerhalb der Zelle verbunden werden.Äußere Kurzschlüsse in Batteriepaketen können auf Verformungen zurückzuführen sein, die durch Fahrzeugkollisionen, Eintauchen in Wasser, Leiterverunreinigungen oder Stromschläge während der Wartung verursacht werden.Im Gegensatz zu einer Reifenpanne erwärmt die bei einem externen Kurzschluss freigesetzte Wärme die Batterie normalerweise nicht.Der wichtige Zusammenhang zwischen einem externen Kurzschluss und einem thermischen Durchgehen ist die Temperatur, die den Punkt der Überhitzung erreicht.Wenn die durch den externen Kurzschluss erzeugte Wärme nicht gut abgeleitet werden kann, steigt die Batterietemperatur und die hohe Temperatur löst ein thermisches Durchgehen aus.Daher sind die Abschaltung des Kurzschlussstroms oder die Ableitung überschüssiger Wärme Möglichkeiten, um zu verhindern, dass der externe Kurzschluss weitere Schäden verursacht.Überladung ist aufgrund der hohen Energiemenge eine der größten Gefahren für elektrischen Missbrauch.Die Erzeugung von Wärme und Gas sind zwei gemeinsame Merkmale des Überladevorgangs.Die Wärmeerzeugung erfolgt durch ohmsche Wärme und Nebenreaktionen.Erstens wachsen Lithiumdendriten aufgrund übermäßiger Lithiumeinbettung auf der Anodenoberfläche.
Maßnahmen zum Schutz vor thermischem Durchgehen:
In der Phase der selbst erzeugten Wärme zur Verhinderung des thermischen Durchgehens des Kerns haben wir zwei Möglichkeiten: Die eine besteht darin, das Material des Kerns zu verbessern und aufzuwerten. Der Kern des thermischen Durchgehens liegt hauptsächlich in der Stabilität der positiven und negativen Elektrodenmaterialien Elektrolyt.In Zukunft müssen wir auch größere Durchbrüche bei der Beschichtung des Kathodenmaterials, der Modifizierung, der Kompatibilität von homogenem Elektrolyten und der Elektrode sowie der Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Kerns erzielen.Oder wählen Sie den Elektrolyten mit hoher Sicherheit, um die flammhemmende Wirkung zu erzielen.Zweitens ist es notwendig, effiziente Wärmemanagementlösungen einzuführen (PTC-Kühlmittelheizung/ PTC-Lufterhitzer) von außen, um den Temperaturanstieg der Li-Ionen-Batterie zu unterdrücken, um sicherzustellen, dass der SEI-Film der Zelle nicht auf die Auflösungstemperatur ansteigt und natürlich kein thermisches Durchgehen auftritt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 17. März 2023
