1. Mekanisme proses pelarian termal pada baterai lithium-ion
Baterai litium dibentuk dengan menyematkan ion litium ke dalam karbon (kokas minyak bumi dan grafit) untuk membentuk elektroda negatif. LixCoO2 umumnya digunakan sebagai bahan elektroda positif, sedangkan LixNiO2 dan LixMnO4 juga digunakan. LiPF6+dietilen karbonat (EC)+dimetil karbonat (DMC) digunakan sebagai elektrolit. Faktor pemicu utama pelarian termal termasuk kerusakan mekanis, pengisian daya berlebih, korsleting internal, dll. Di bawah pengaruh berbagai faktor, bahan aktif di dalam baterai lithium-ion mengalami reaksi eksotermik yang hebat, dan suhu internal baterai melebihi kisaran yang dapat dikontrol. , yang pada akhirnya menyebabkan pelarian termal. Reaksi kimia eksotermik yang terjadi di dalam baterai lithium-ion meliputi dekomposisi masker wajah antarmuka elektrolit padat SEI, reaksi antara bahan aktif negatif dan elektrolit, reaksi antara bahan aktif negatif dan pengikat, dan reaksi dekomposisi oksidasi. dari elektrolit.
Selama proses pengisian dan pengosongan baterai litium-ion, vinil karbonat pada antarmuka fase padat bahan aktif elektroda akan bereaksi dengan litium elektroda negatif, membentuk lapisan film SEI pada permukaan adhesi grafit. Membran ini dapat secara langsung memperlambat atau bahkan mencegah reaksi antara elektrolit dan bahan aktif di kedua sisi elektroda, secara signifikan mengurangi laju eksotermiknya dan meningkatkan stabilitas bahan elektroda positif dan negatif.
Saat suhu naik hingga 90-120 derajat , film SEI mulai terurai, diikuti oleh reaksi eksotermik antara elektrolit dan bahan aktif elektroda negatif. Mengambil contoh vinil karbonat, proses reaksi ditunjukkan pada persamaan (1) dan (2):
Selama reaksi eksotermik, suhu internal baterai meningkat secara bertahap. Berdasarkan penggunaan bahan diafragma yang berbeda, titik lelehnya juga berbeda-beda. Diafragma polipropilen biasa memiliki titik leleh 165 derajat dan bahan polietilen memiliki titik leleh 135 derajat. Setelah mencapai suhu titik leleh bahan pemisah, pemisah internal mengalami kontraksi lokal sehingga menyebabkan kontak langsung antara bahan elektroda positif dan negatif di dalam baterai, mengakibatkan korsleting dan menghasilkan panas dalam jumlah besar. Banyaknya panas yang dihasilkan oleh korsleting menyebabkan diafragma berkontraksi dengan cepat, sehingga semakin memperburuk reaksi eksotermik.
Pada saat yang sama, dalam kisaran suhu di mana film SEI terurai dan mengalami reaksi eksotermik, garam litium juga mengalami reaksi eksotermik yang intens dengan elektrolit. Jenis bahan aktif yang umum untuk baterai litium-ion termasuk litium heksafluorofosfat (LiPF6), litium tetrafluoroborat (LiBF4), dll. Litium heksafluorofosfat terurai pada suhu tinggi untuk menghasilkan PF5, yang selanjutnya bereaksi dengan pelarut untuk mengambil atom oksigen dari CO berikatan dan mengalami reaksi eksotermik yang hebat, yang selanjutnya mempercepat dekomposisi elektrolit. Pada saat yang sama, reaksi oksidasi-reduksi antara litium heksafluorofosfat dan pelarut juga melepaskan gas asam fluorida (HF) yang sangat beracun. Proses reaksi spesifik ditunjukkan pada persamaan (3) sampai (5):
Dalam kisaran suhu yang sama, elektrolit itu sendiri mengalami reaksi dekomposisi dan melepaskan sejumlah kecil gas yang mudah terbakar. Saat menggunakan kalorimetri laju untuk menganalisis proses pelarian termal, ditemukan bahwa gas yang dihasilkan oleh dekomposisi elektrolit sebagian besar terdiri dari C2H4, CO, dan H2. Elektrolit menguap dengan cepat dan meningkatkan tekanan internal baterai. Ketika tekanan internal mencapai batas katup pelepas tekanan, sejumlah besar gas yang mudah terbakar akan dikeluarkan, yang selanjutnya memperburuk penyebaran pelepasan panas. Panas yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna elektrolit jauh lebih besar daripada panas yang dilepaskan melalui reaksi dekomposisi. Mengambil contoh etilen karbonat (EC) dan propilena karbonat (PC), proses reaksi oksidasi elektrolit (6)~(7) dan oksidasi tidak sempurna (8)~(9) adalah sebagai berikut:
Ketika suhu internal baterai meningkat secara bertahap, bahan aktif elektroda positif mulai terurai. Berdasarkan penggunaan bahan aktif yang berbeda, suhu terjadinya reaksi eksotermik juga berbeda-beda. Penguraian bahan aktif elektroda positif menghasilkan oksigen, yang kemudian ikut bereaksi dengan bahan aktif internal, menghasilkan sejumlah besar gas di dalam baterai. Proses reaksinya adalah sebagai berikut:
Ketika suhu melebihi 136 derajat, pengikat polivinilidena fluorida (PVDF) akan bereaksi dengan litium menghasilkan gas hidrogen. Proses reaksinya adalah sebagai berikut:
Kecuali film SEI yang meleleh dan menyerap panas, semua reaksi kimia di atas merupakan reaksi eksotermik. Pelepasan panas penguraian elektrolit, separator, bahan aktif baterai, dan perekat masing-masing menyumbang 43,5%, 30,3%, 20,1%, dan 6,2% dari total pelepasan panas. Reaksi antara bahan aktif positif dan negatif baterai dengan elektrolit merupakan sumber panas terbesar.
2. Faktor pemicu pelarian termal pada baterai litium-ion
Faktor pemicu pelarian termal pada baterai lithium-ion dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori: penyalahgunaan mekanis (tusukan jarum, deformasi kompresi, benturan eksternal), penyalahgunaan listrik (pengosongan berlebih dan pelepasan berlebih, korsleting), dan penyalahgunaan termal (sistem manajemen termal) kegagalan). Penyalahgunaan mekanis dapat dengan mudah menyebabkan korsleting internal pada baterai lithium, yang menyebabkan hilangnya panas; Dalam penyalahgunaan listrik, pengisian dan pengosongan baterai secara berlebihan dapat menyebabkan reaksi samping internal, yang menyebabkan sel baterai menjadi terlalu panas dan menyebabkan pelepasan panas; Korsleting eksternal adalah keadaan baterai yang cepat habis dan berbahaya, dimana arus yang sangat tinggi menyebabkan pemanasan yang cepat dan bahkan terminal baterai menjadi sekering; Dalam keadaan penyalahgunaan termal, kegagalan sistem manajemen termal sering kali memicu kontraksi dan dekomposisi diafragma internal, yang pada akhirnya menyebabkan korsleting internal dan pelepasan termal.
Selain itu, kondisi baterai sendiri juga menjadi salah satu faktor penting penyebab hilangnya panas. Dengan meningkatnya siklus pengisian dan pengosongan baterai serta induksi pengotor yang tercampur selama produksi dendrit, reaksi samping yang merugikan seperti dendrit logam akan dihasilkan, yang mudah menembus pemisah dan menyebabkan korsleting lokal pada baterai.
2.1 Penelitian tentang pelarian termal baterai yang disebabkan oleh penyalahgunaan termal
Menurut model pelepasan panas berlebih dari baterai lithium-ion kopling termal elektrokimia yang terdapat dalam literatur, baterai lithium-ion biasanya mulai memanas sendiri ketika suhu mencapai 80 derajat. Ketika panas baterai meluap dan tidak dapat dilepaskan secara efektif, pengelolaan termal baterai akan menyebabkan peningkatan suhu baterai yang tidak terkendali, yang akan menyebar dari sel individual lokal ke unit baterai daya, menyebabkan serangkaian reaksi samping dan pelepasan panas.
Penyalahgunaan termal tidak terjadi secara spontan di dalam baterai. Seringkali, karena kesalahan mekanis atau alasan lain, suhu internal baterai naik hingga mencapai ambang batas, dan area lokal baterai menjadi panas, menyebabkan penyalahgunaan termal dan selanjutnya memicu kontrol suhu dan penyalaan otomatis baterai.
Pada saat yang sama, pelarian termal juga telah digunakan sebagai metode penelitian untuk menguji proses pelarian baterai eksperimental dan mendeteksi karakteristik keselamatan selama pelarian termal baterai. Pada tahun 1999, KITOH dkk. melakukan penelitian tentang pemantauan karakteristik keselamatan pelarian termal baterai dengan daya energi spesifik tinggi berdasarkan metode pemanasan eksternal. Sejak itu, metode energi adiabatik telah banyak digunakan untuk menguji ambang batas suhu termal baterai lithium-ion. Penelitian terkini tentang penyalahgunaan termal terutama didasarkan pada penyalaan radiasi eksternal pada baterai. Liu Mengmeng membuat model pembangkitan panas transien multi endogen dan model kopling termal elektrokimia. Berdasarkan metode pemanasan radiasi, karakteristik keselamatan baterai setelah penyalaan sendiri yang disebabkan oleh penyalahgunaan termal dipelajari. Ditemukan bahwa pembakaran baterai dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu pembakaran injeksi, pembakaran stabil, dan pembakaran injeksi sekunder. LI dkk. mempelajari pengaruh arus pelepasan pada suhu di bawah latar belakang pelarian termal yang disebabkan oleh penyalahgunaan termal. Ditemukan bahwa ketika arus pelepasan konstan, kehilangan kualitas, parameter karakteristik keselamatan, suhu inisiasi pelepasan termal, dan suhu puncak selama proses pelepasan termal semuanya bergantung pada kapasitas baterai.
2.2 Penelitian tentang pelarian termal baterai yang disebabkan oleh penyalahgunaan listrik
Penyebab umum pelarian termal baterai termasuk pengisian dan pengosongan yang berlebihan, korsleting internal, korsleting eksternal, dll.
(1) Pengisian daya yang berlebihan dan pengosongan yang berlebihan
Selama penyelesaian siklus pengosongan pengisian daya pada baterai lithium-ion, sistem manajemen baterai BMS biasanya akan memblokir arus pengisian berdasarkan status pengisian daya. Ketika sistem BMS gagal, pengisian baterai yang berlebihan dapat dengan mudah menyebabkan kecelakaan penyalaan sendiri yang serius. Setelah mencapai ambang batas SOC selama pengisian, logam litium akan menempel pada permukaan bahan aktif elektroda negatif, dan litium yang menempel akan bereaksi dengan elektrolit pada suhu tertentu, melepaskan sejumlah besar gas bersuhu tinggi. Pada saat yang sama, bahan aktif elektroda positif mulai meleleh karena penghilangan litium yang berlebihan dan perbedaan potensial yang besar dengan elektroda negatif. Ketika potensial elektroda positif melebihi tegangan aman elektrolit, elektrolit juga akan mengalami reaksi oksidasi dengan bahan aktif elektroda positif. Selama proses pengisian berlebih, serangkaian reaksi samping seperti pemanasan ohmik dan luapan gas dapat terjadi, sehingga memperburuk terjadinya pelarian termal.
Gas yang dilepaskan selama pengisian berlebihan baterai lithium-ion terutama terdiri dari CO2, CO, H2, CH4, C2H6, dan C2H4, dan volume gas serta panas meningkat seiring dengan meningkatnya arus pengisian. Dengan menggunakan kalorimeter yang dipercepat dan penganalisis siklus baterai untuk analisis gabungan, percobaan menunjukkan bahwa bahaya pengisian berlebih berdasarkan tegangan konstan arus konstan jauh lebih besar dibandingkan dengan pengisian berlebih secara langsung dengan arus konstan. Berdasarkan kinerja overcharge elektroda positif komposit dan elektroda negatif grafit di lingkungan percobaan yang berbeda, Ren et al. secara komprehensif mempertimbangkan efek arus pengisian, bahan pemisah, dan sistem pembuangan panas. Studi tersebut menemukan bahwa jumlah panas yang dilepaskan selama pengisian baterai NCM yang berlebihan tidak berkaitan erat dengan besarnya arus pengisian. Titik leleh bahan pemisah yang berbeda serta deformasi dan pembengkakan baterai merupakan faktor utama penyebab hilangnya panas pada baterai lithium-ion. Wang dkk. menganalisis jalur perambatan termal dan jalur luapan gas suhu tinggi dari baterai litium yang diisi daya berlebih, dan menemukan bahwa panas yang dihasilkan oleh reaksi antara pengendapan litium dan elektrolit selama pengisian berlebih baterai menyumbang lebih dari 43%. Zhang dkk. mempelajari mekanisme penurunan kapasitas paket baterai berdasarkan tegangan diferensial kapasitansi tambahan dan menemukan bahwa pengisian berlebih memiliki pengaruh yang kecil terhadap kapasitas baterai, namun setelah pengisian berlebih hingga bahan aktif elektroda positif dihilangkan, hal ini akan sangat mempengaruhi stabilitas termal paket baterai.
Kerugian yang disebabkan oleh pembuangan air yang berlebihan jauh lebih kecil. Pengosongan yang berlebihan pada tahap awal sulit menyebabkan hilangnya panas pada baterai, namun hal ini dapat mempengaruhi kapasitas baterai. Zhou Ping dkk. mempelajari karakteristik pelepasan baterai lithium terner NCM mangan nikel kobalt setelah pemakaian berlebih. Selama proses pelepasan statis, tingkat korsleting di dalam baterai lithium NCM menurun, resistansi meningkat, dan arus pelepasan menurun. Eksperimen telah menunjukkan bahwa semakin besar kedalaman pengosongan, semakin besar tingkat pelemahan sel individual di dalam baterai. Ma dkk. ditemukan pada percobaan overdischarge baterai litium bahwa overdischarge tidak mengubah struktur bahan aktif baterai, namun dapat menyebabkan larutnya pengumpul arus elektroda negatif, menambah ketebalan film SEI, dan mempercepat penuaan baterai. Karakteristik perilaku baterai lithium-ion selama proses pengosongan ditunjukkan pada gambar.
(2) Hubungan pendek eksternal
Korsleting eksternal juga merupakan penyebab penting hilangnya panas pada baterai daya. Chen dkk. mengembangkan model kopling termal listrik baru berdasarkan kombinasi model pembangkitan panas, distribusi, dan propagasi. Penelitian telah menunjukkan bahwa suhu puncak baterai lithium-ion dalam kondisi korsleting eksternal terjadi di tepi telinga elektroda. Ma Taixiao dkk. menemukan bahwa dalam keadaan hubung singkat eksternal baterai daya, panas yang dihasilkan oleh reaksi samping jauh lebih kecil daripada panas yang dihasilkan oleh elektrokimia, dan panas yang dihasilkan oleh elektrokimia berkorelasi positif dengan SOC awal, tetapi berkorelasi negatif dengan suhu puncak stres termal.
(3) Hubungan pendek internal
Korsleting internal yang terjadi di dalam baterai dan sulit dideteksi oleh sistem BMS merupakan penyebab utama pelarian termal pada baterai lithium-ion. Saat baterai diisi dayanya secara berlebihan atau dayanya berlebih, dendrit litium secara bertahap tumbuh menembus film SEI, menyebabkan korsleting internal dan dengan cepat menyebabkan kenaikan suhu yang tidak terkendali dan pelepasan panas. Selain itu, kerusakan kisi-kisi atau duri pengumpul arus yang disebabkan oleh proses pembuatan baterai yang kasar juga dapat menyebabkan korsleting internal.
2.3 Penelitian tentang pelarian termal baterai yang disebabkan oleh penyalahgunaan mekanis
Dalam penerapan baterai tenaga otomotif, kegagalan mekanis pasti disebabkan oleh kecelakaan. Jika paket baterai berubah bentuk karena kekuatan eksternal seperti tusukan dan kompresi, hal ini dapat menyebabkan perubahan struktur internal dan bahkan menyebabkan pelepasan panas karena kontak langsung antara kutub positif dan negatif di bawah tekanan yang ekstrim. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian terhadap thermal runaway baterai yang disebabkan oleh penyalahgunaan mekanis, diantaranya adalah Fan Wenjie dan Xu Huiyong telah melakukan penelitian terhadap thermal runaway yang disebabkan oleh penyalahgunaan mekanis berdasarkan pemodelan elemen hingga dan analisis pemantauan numerik.
Wang dkk. melakukan penelitian tentang perubahan penampang paket baterai setelah tabrakan berdasarkan baterai lithium-ion paket lunak. Eksperimen tusukan menemukan bahwa sejumlah besar deformasi lokal dan lapisan retakan geser muncul di dalam paket baterai selama proses tusukan, dan robeknya pengumpul arus dan bahan aktif elektroda positif, serta penataan ulang struktur internal baterai. paket, yang disebabkan oleh bocornya separator, adalah alasan mendasar terjadinya korsleting akibat termal di dalam baterai. Domba dkk. mempelajari keadaan deformasi baterai lithium-ion silinder 18650 dalam kondisi tusukan berdasarkan teknologi tomografi komputer. Percobaan menemukan bahwa fenomena infiltrasi antara elektroda positif dan negatif memperburuk terjadinya korsleting internal. Selama korsleting, aluminium foil yang menempel meleleh, membentuk sejumlah besar manik-manik logam di celah tusukan. Li dkk. menetapkan model analisis elemen hingga untuk berbagai keadaan penyalahgunaan mekanis berdasarkan tusukan, kompresi, dll., dan mengembangkan algoritme pembelajaran untuk memprediksi proses pelarian termal baterai menggunakan parameter limbah baterai. Dampak penyalahgunaan mekanis terhadap keamanan baterai lithium-ion dianalisis berdasarkan delapan jenis parameter, termasuk gaya tumbukan, sudut tumbukan, dan rentang deformasi, sehingga mengurangi kompleksitas komputasi secara signifikan.
Penyalahgunaan mekanis yang terjadi dalam aplikasi praktis lebih kompleks dibandingkan eksperimen tunggal seperti tusukan dan kompresi. Mengandalkan simulasi eksperimental saja tidak dapat mempelajari secara mendalam karakteristik keselamatan dari penyalahgunaan mekanis baterai. Solusi mendasarnya adalah mengoptimalkan posisi pemasangan baterai, menetapkan sistem BMS yang andal, dan mengoptimalkan desain rangka kendaraan sekaligus merancang paket baterai daya, untuk meminimalkan deformasi dan kompresi paket baterai daya jika terjadi tabrakan. .
3. Tindakan pencegahan dan metode pelarian termal baterai lithium-ion
Dengan tujuan memblokir, menunda, dan mencegah hilangnya panas baterai daya, banyak peneliti telah melakukan penelitian tentang manajemen termal baterai, desain struktur baterai berkekuatan tinggi, dan aspek lainnya.
3.1 Desain keselamatan masing-masing baterai
(1) Penelitian Keamanan Desain Diafragma
Inti dari peningkatan keamanan diafragma terletak pada peningkatan suhu saat diafragma berkontraksi dan meleleh, sehingga meningkatkan kemampuan isolasi suhu tinggi. Kemampuan isolasi suhu tinggi dari diafragma memastikan mikroporinya tersegel di lingkungan bersuhu tinggi, sehingga menghalangi aliran ion litium. Bahan diafragma yang banyak digunakan umumnya dilapisi dengan lapisan keramik atau bahan lain dengan efek sel tertutup.
(2) Penelitian Keamanan Bahan Elektroda Positif
Bahan aktif elektroda positif lithium-ion yang paling umum digunakan di pasar baterai daya umumnya adalah LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4, LiNixCoyMnzO2 (NCM), dll. Menggunakan bahan untuk menutupi elektroda positif untuk memblokir dan mengurangi reaksi samping termal yang tidak terkendali, meningkatkan siklus baterai dan stabilitas termal, seperti ZrO2 dan AlF3. Zhang dkk. mengembangkan material NCM terner berlapis berdasarkan distribusi gradien konsentrasi atom, dengan Ni sebagai inti dan Mn menutupi lapisan luar partikel yang menempel. Pengujian telah menunjukkan bahwa ia dapat mempertahankan siklus dan stabilitas termal yang baik bahkan dalam berbagai kondisi suhu tinggi dan pengisian daya yang berlebihan.
(3) Penelitian Keamanan Bahan Elektroda Negatif
Peningkatan keamanan elektroda negatif terutama dicapai melalui pelapisan material atau penambahan aditif pada elektrolit untuk meningkatkan stabilitas termal film SEI. Xu dkk. menambahkan paduan cair GaSnIn ke elektrolit untuk meningkatkan stabilitas termal baterai. Percobaan menunjukkan bahwa lapisan gradien SEI yang disiapkan sangat mengurangi polarisasi tegangan dan meningkatkan efisiensi Coulomb hingga 99,06%. Zheng dkk. menyiapkan membran aramid nanofiber (ANF) ultra-tipis untuk menekan pertumbuhan litium dendrit. Dalam uji eksperimental, di bawah lingkungan dengan kepadatan arus tinggi 50mA/cm2, kapasitas ANF-Li|Baterai penuh LiFePO4 menurun menjadi 80,2% setelah 1200 siklus. Dan untuk pertama kalinya, penelitiannya menemukan pengendapan litium berserat, dan membran ANF yang dibuat dengan pori-pori berskala nano mendorong difusi elektrolit, mempercepat efisiensi pengangkutan litium, dan menghilangkan kelemahan dendrit litium berukuran mikrometer yang menembus membran.
(4) Penelitian Keamanan Elektrolit
Sebagian besar kecelakaan akibat termal melibatkan elektrolit, dan meningkatkan keamanan elektrolit untuk mencegah kebocoran termal sangatlah penting. Bahan penghambat api, zat polimer padat, atau cairan ionik sering ditambahkan ke elektrolit sebagai aditif anti harga berlebih. Etilen karbonat terfluorinasi (FEC) adalah aditif elektrolit yang paling umum, yang memiliki keuntungan dalam meningkatkan efisiensi Coulomb dalam penghilangan litium yang dapat dibalik pada elektroda negatif dengan mengubah komposisi film SEI. Li dkk. merancang film SEI interfase elektrolit padat kristal dan polimer dua lapis menggunakan lithium difluoroborate (LiDFOB) sebagai garam utama dalam campuran elektrolit fosfat. Percobaan penghambat api menunjukkan bahwa waktu pemadaman sendiri elektrolit penghambat api adalah 6,1 detik, dan efisiensi reversibel Li adalah 98,2%. Setelah 150 siklus pengosongan pengisian daya, kapasitas baterai masih dipertahankan 89,7%.
3.2 Perlindungan keselamatan dan desain optimalisasi sistem baterai daya
(1) Desain optimasi struktur paket baterai
Desain struktur paket baterai dan optimalisasi posisi pemasangan kendaraan sangat penting untuk meningkatkan keselamatan. Chen dkk. melakukan eksperimen klasifikasi tentang dampak rentang pelarian termal berdasarkan tata letak baterai 18650. Percobaan menunjukkan bahwa waktu penyalaan lebih pendek, dan kecepatan penyebaran serta jangkauan lebih besar di area dengan area pemanasan lebih besar. Namun eksperimennya hanya mempertimbangkan pemanasan keseluruhan modul baterai daya dan tidak memperhitungkan panas berlebih lokal yang disebabkan oleh korsleting internal. Liu Zhenjun dkk. mengoptimalkan desain paket baterai berdasarkan model pembuangan panas tiga dimensi dari paket baterai daya dan melakukan simulasi pembuangan panas. Percobaan menunjukkan bahwa suhu puncak baterai litium-ion yang dioptimalkan menurun dari 46 derajat menjadi 34 derajat, dan perbedaan suhu antar sel dikontrol dalam 5 derajat.
(2) Perancangan Sistem Manajemen Termal Baterai
Baterai litium ion memiliki sensitivitas termal yang kuat, dan meningkatkan efisiensi pelepasan suhu rendah serta keamanan suhu tinggi adalah inti dari sistem manajemen termal baterai. Metode pendinginan paket baterai meliputi pendinginan cair dan pendinginan udara. Kendaraan listrik Tesla semuanya menggunakan teknologi pendingin cair, sedangkan bus listrik umumnya menggunakan pendingin udara. Dalam beberapa tahun terakhir, seperti aerogel, material pengubah fasa, dan material hibrida telah digunakan dalam sistem manajemen termal baterai karena efisiensi penyerapan panasnya yang sangat baik. Wu dkk. telah mengembangkan bahan fleksibel untuk sistem manajemen termal baterai berdasarkan hidrogel. Bahan natrium poliakrilat berbiaya rendah digunakan. Plastisitasnya yang sangat kuat dapat dibuat menjadi berbagai bentuk dan ditumpuk dalam kemasan baterai, yang secara ekonomis dapat mewujudkan efek pembuangan panas dari pendingin udara tradisional dan pendingin cair.
(3) Desain pendinginan, pemadaman, pemblokiran, dan panduan gas untuk pelarian termal baterai
Ketika pelepasan panas baterai tidak dapat dihindari, sangat penting untuk segera memblokir dan mendinginkan penyebaran panas dan mengarahkan gas bersuhu tinggi agar tidak mempengaruhi baterai yang dipasang di dekatnya.
Cara utama untuk memblokir penyebaran pelepasan panas meliputi: mengisi dengan media tahan api, menggunakan bahan insulasi untuk mengisolasi baterai yang melepaskan panas, atau mengarahkan api dan gas bersuhu tinggi keluar dari baterai melalui jalur. Xu dkk. mengembangkan tabung pembuangan panas gas suhu tinggi dengan bentuk penampang persegi panjang yang disusun sepanjang baterai seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Meskipun tidak dapat mencegah terjadinya pelepasan panas pada masing-masing baterai, hal ini dapat secara efektif mencegah penyebaran pelepasan panas lokal di dalam baterai. paket baterai. Li Haoliang dkk. merancang sistem pemblokiran penyebaran termal dan sistem kontrol terintegrasi berdasarkan gas inert dan refrigeran campuran. Berdasarkan diagram dispersi panas dan percepatan pemanasan, ambang batas ditetapkan untuk sistem pemblokiran. Percobaan menunjukkan bahwa hal ini dapat secara efektif memblokir penyebaran panas ketika baterai terlalu panas secara lokal.
4. Kesimpulan
Artikel ini merangkum literatur tentang mekanisme pemicu, penyebab, dan manajemen pemantauan keselamatan pelarian termal pada baterai daya lithium-ion.
(1) Dalam penelitian mekanisme pelarian termal, hukum stabilitas termal dan pelepasan panas dari komponen utama baterai lithium-ion dianalisis, dan prinsip-prinsip proses pelepasan panas reaksi seperti dekomposisi elektrolit, pemisah, bahan aktif baterai, dan perekat terutama dijelaskan.
(2) Dalam penelitian tentang faktor pemicu pelarian termal, karakteristik dan alasan berbagai kondisi pemicu diklasifikasi dan diringkas, yaitu penyalahgunaan mekanis, penyalahgunaan listrik, dan pelarian termal baterai yang disebabkan oleh penyalahgunaan termal.
(3) Dalam hal pencegahan dan pemantauan pelarian termal, artikel ini menguraikan penelitian untuk meningkatkan keamanan pelarian termal baterai daya lithium-ion dari tiga aspek: desain optimalisasi sel baterai lithium-ion, optimalisasi sistem baterai daya, dan manajemen termal baterai dan sistem peringatan pemantauan.
Meskipun kemajuan signifikan telah dicapai dalam studi pelarian termal pada baterai lithium-ion, masih terdapat kesenjangan dalam beberapa bidang penelitian. Penelitian tentang dampak penuaan terhadap keselamatan yang disebabkan oleh superposisi waktu siklus pada baterai lithium-ion baru dimulai dalam beberapa tahun terakhir, apalagi studi eksperimental tentang jalur dan mekanisme penuaan terhadap stabilitas termal masih relatif langka. Pada saat yang sama, hanya ada sedikit studi eksperimental tentang prediksi dan pemodelan perambatan api setelah terjadinya pelarian termal, dan masih kurangnya analisis simulasi numerik perambatan api. Terlihat bahwa manajemen keselamatan thermal runaway pada baterai bertenaga lithium-ion masih dalam tahap pengembangan, terutama ke arah peringatan dan pemblokiran, yang memerlukan penelitian lebih lanjut.