تجزیه و تحلیل حرارتی باتری لیتیوم یونی و مواد

امروزه شرکت‌های مختلف خودروسازی در مقیاس وسیع از باتری‌های لیتیومی در باتری‌های برق استفاده می‌کنند و چگالی انرژی روز به روز بالاتر می‌رود، اما مردم همچنان با ایمنی باتری‌های برق رنگ می‌گیرند و این راه‌حل خوبی برای ایمنی باتری نیست. باتری هافرار حرارتی هدف اصلی تحقیق در مورد ایمنی باتری برق است و ارزش تمرکز روی آن را دارد.

اول از همه، اجازه دهید بفهمیم فرار حرارتی چیست.فرار حرارتی یک پدیده واکنش زنجیره ای است که توسط محرک های مختلف ایجاد می شود و در نتیجه مقدار زیادی گرما و گازهای مضر از باتری در مدت زمان کوتاهی ساطع می شود که حتی می تواند باعث آتش گرفتن باتری و در موارد جدی منفجر شود.دلایل زیادی برای وقوع فرار حرارتی وجود دارد، مانند گرم شدن بیش از حد، شارژ بیش از حد، اتصال کوتاه داخلی، برخورد و غیره. فرار حرارتی باتری اغلب از تجزیه فیلم منفی SEI در سلول باتری شروع می شود و به دنبال آن تجزیه و ذوب می شود. از دیافراگم، منجر به الکترود منفی و الکترولیت می شود، و به دنبال آن الکترود مثبت و الکترولیت تجزیه می شود، بنابراین یک اتصال کوتاه داخلی در مقیاس بزرگ ایجاد می شود، که باعث سوختن الکترولیت می شود، که سپس به سلول های دیگر سرایت می کند و باعث می شود. یک فرار حرارتی جدی و به کل بسته باتری اجازه می دهد تا احتراق خود به خودی ایجاد کند.

علل فرار حرارتی را می توان به علل داخلی و خارجی تقسیم کرد.علل داخلی اغلب به دلیل اتصال کوتاه داخلی است.علل خارجی ناشی از سوء استفاده مکانیکی، سوء استفاده الکتریکی، سوء استفاده حرارتی و غیره است.

یک اتصال کوتاه داخلی که یک تماس مستقیم بین پایانه های مثبت و منفی باتری است، از نظر درجه تماس و واکنش متعاقب آن بسیار متفاوت است.معمولاً یک اتصال کوتاه داخلی عظیم ناشی از سوء استفاده مکانیکی و حرارتی مستقیماً باعث فرار حرارتی می شود.در مقابل، مدارهای کوتاه داخلی که خود به خود ایجاد می‌شوند نسبتاً جزئی هستند و گرمای ایجاد شده آنقدر کم است که بلافاصله باعث فرار حرارتی نمی‌شود.خودسازی داخلی معمولاً شامل نقص‌های ساخت، زوال خواص مختلف ناشی از کهنه شدن باتری، مانند افزایش مقاومت داخلی، رسوب‌های فلز لیتیوم ناشی از استفاده نادرست طولانی‌مدت و غیره است. با افزایش زمان، خطر اتصال کوتاه داخلی ناشی از چنین مواردی علل داخلی به تدریج افزایش می یابد.

سوء استفاده مکانیکی به تغییر شکل مونومر باتری لیتیوم و بسته باتری تحت تأثیر نیروی خارجی و جابجایی نسبی قسمت‌های مختلف خود اشاره دارد.اشکال اصلی در برابر سلول الکتریکی شامل برخورد، اکستروژن و سوراخ است.به عنوان مثال، لمس یک جسم خارجی توسط وسیله نقلیه با سرعت بالا مستقیماً منجر به فروریختن دیافراگم داخلی باتری می شود که به نوبه خود باعث ایجاد یک اتصال کوتاه در باتری و ایجاد احتراق خود به خود در مدت زمان کوتاهی می شود.

سوء استفاده الکتریکی از باتری های لیتیومی به طور کلی شامل اتصال کوتاه خارجی، شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد است که به احتمال زیاد تبدیل به فرار حرارتی برای شارژ بیش از حد می شود.اتصال کوتاه خارجی زمانی اتفاق می افتد که دو هادی با فشار دیفرانسیل در خارج از سلول به هم متصل شوند.شورت خارجی در بسته های باتری می تواند به دلیل تغییر شکل ناشی از برخورد خودرو، غوطه ور شدن در آب، آلودگی هادی یا شوک الکتریکی در حین تعمیر و نگهداری باشد.به طور معمول، گرمای آزاد شده از یک اتصال کوتاه خارجی، برخلاف سوراخ شدن، باتری را گرم نمی کند.ارتباط مهم بین اتصال کوتاه خارجی و فرار حرارتی، رسیدن دما به نقطه گرم شدن بیش از حد است.هنگامی که گرمای تولید شده توسط اتصال کوتاه خارجی نمی تواند به خوبی دفع شود، دمای باتری افزایش می یابد و دمای بالا باعث فرار حرارتی می شود.بنابراین، قطع جریان اتصال کوتاه یا اتلاف گرمای اضافی راه هایی برای جلوگیری از ایجاد آسیب بیشتر در اتصال کوتاه خارجی است.شارژ بیش از حد، به دلیل پر انرژی بودن، یکی از بالاترین خطرات سوء استفاده از برق است.تولید گرما و گاز دو ویژگی مشترک فرآیند شارژ بیش از حد است.تولید گرما از گرمای اهمی و واکنش های جانبی حاصل می شود.اول، دندریت های لیتیوم به دلیل تعبیه بیش از حد لیتیوم روی سطح آند رشد می کنند.