Phân tích vật liệu và sự thoát nhiệt của pin lithium-ion

Ngày nay, nhiều công ty ô tô khác nhau đang sử dụng pin lithium trên quy mô lớn trong pin điện và mật độ năng lượng ngày càng cao hơn, nhưng mọi người vẫn bị ảnh hưởng bởi sự an toàn của pin điện và đó không phải là giải pháp tốt cho sự an toàn của pin.Sự thoát nhiệt là đối tượng nghiên cứu chính về độ an toàn của pin điện và đáng được tập trung vào.

Trước hết chúng ta hãy hiểu thoát nhiệt là gì.Thoát nhiệt là hiện tượng phản ứng dây chuyền được kích hoạt bởi nhiều tác nhân khác nhau, dẫn đến pin thải ra một lượng lớn nhiệt và khí độc hại trong thời gian ngắn, thậm chí có thể khiến pin bốc cháy, phát nổ trong trường hợp nghiêm trọng.Có nhiều nguyên nhân dẫn đến hiện tượng thoát nhiệt, chẳng hạn như quá nhiệt, sạc quá mức, đoản mạch bên trong, va chạm, v.v. Sự thoát nhiệt của pin thường bắt đầu từ sự phân hủy của màng SEI âm trong tế bào pin, sau đó là sự phân hủy và nóng chảy của màng ngăn, dẫn đến điện cực âm và chất điện phân, sau đó là sự phân hủy của cả điện cực dương và chất điện phân, do đó gây ra hiện tượng đoản mạch bên trong quy mô lớn, khiến chất điện phân cháy, sau đó lan sang các tế bào khác, gây ra sự thoát nhiệt nghiêm trọng và khiến toàn bộ bộ pin tự bốc cháy.

Nguyên nhân gây thoát nhiệt có thể được chia thành nguyên nhân bên trong và bên ngoài.Nguyên nhân bên trong thường do chập mạch bên trong;nguyên nhân bên ngoài là do lạm dụng cơ học, lạm dụng điện, lạm dụng nhiệt, v.v.

Đoản mạch bên trong, là sự tiếp xúc trực tiếp giữa cực dương và cực âm của pin, khác nhau rất nhiều về mức độ tiếp xúc và phản ứng tiếp theo được kích hoạt.Thông thường, hiện tượng đoản mạch lớn bên trong do lạm dụng cơ và nhiệt sẽ trực tiếp gây ra hiện tượng thoát nhiệt.Ngược lại, các hiện tượng đoản mạch bên trong tự phát triển là tương đối nhỏ và lượng nhiệt mà nó tạo ra nhỏ đến mức không gây ra hiện tượng thoát nhiệt ngay lập tức.Sự tự phát triển bên trong thường bao gồm các khiếm khuyết trong sản xuất, sự suy giảm các đặc tính khác nhau do lão hóa pin, chẳng hạn như điện trở trong tăng, cặn kim loại lithium do sử dụng sai mục đích trong thời gian dài, v.v. Khi thời gian tích tụ, nguy cơ đoản mạch bên trong do những điều đó gây ra nguyên nhân bên trong sẽ tăng dần.

Lạm dụng cơ học, đề cập đến sự biến dạng của monome pin lithium và bộ pin dưới tác động của ngoại lực và sự dịch chuyển tương đối của các bộ phận khác nhau của chính nó.Các hình thức chính chống lại tế bào điện bao gồm va chạm, đùn và đâm thủng.Ví dụ, một vật thể lạ bị xe chạm vào ở tốc độ cao sẽ trực tiếp dẫn đến vỡ màng ngăn bên trong của pin, từ đó gây ra đoản mạch trong pin và gây ra hiện tượng bốc cháy tự phát trong một khoảng thời gian ngắn.

Việc lạm dụng điện của pin lithium thường bao gồm đoản mạch bên ngoài, sạc quá mức, phóng điện quá mức, rất có thể phát triển thành hiện tượng thoát nhiệt dẫn đến sạc quá mức.Đoản mạch bên ngoài xảy ra khi hai dây dẫn có chênh lệch áp suất được nối bên ngoài tế bào.Đoản mạch bên ngoài của bộ pin có thể do biến dạng do va chạm với xe, ngâm trong nước, nhiễm bẩn dây dẫn hoặc điện giật trong quá trình bảo trì.Thông thường, nhiệt thoát ra từ hiện tượng đoản mạch bên ngoài không làm nóng pin thay vì bị thủng.Mối liên hệ quan trọng giữa đoản mạch bên ngoài và hiện tượng thoát nhiệt là nhiệt độ đạt đến mức quá nóng.Khi nhiệt sinh ra do đoản mạch bên ngoài không thể tiêu tán tốt thì nhiệt độ của pin sẽ tăng lên và nhiệt độ cao sẽ gây ra hiện tượng thoát nhiệt.Do đó, cắt dòng điện ngắn mạch hoặc tản nhiệt dư thừa là những cách để hạn chế hiện tượng đoản mạch bên ngoài gây ra thiệt hại thêm.Sạc quá mức, vì nó đầy năng lượng, là một trong những nguy cơ lạm dụng điện cao nhất.Việc tạo ra nhiệt và khí là hai đặc điểm chung của quá trình sạc quá mức.Sự sinh nhiệt đến từ nhiệt ohmic và phản ứng phụ.Đầu tiên, các sợi nhánh lithium phát triển trên bề mặt cực dương do lithium được nhúng quá nhiều.