Thermal Runaway: ланцюги реакцій самонагрівання та ключові тригери
Теплова втеча велементи літій{0}}іонної батареїявляє собою самопідтримувану-петлю позитивного зворотного зв’язку, керовану ланцюгами екзотермічних реакцій. Коли внутрішні температури підвищуються, запускаються вторинні екзотермічні реакції, що вивільняють додаткове тепло, яке ще більше підвищує температуру та активує більш серйозні хімічні реакції. Якщо не зупинити це явище ескалації само-самонагрівання, воно неминуче призведе до катастрофічної несправності, зокрема до сильних пожеж або вибухів.
Цей небезпечний процес виникає внаслідок трьох основних режимів зловживання: механічне зловживання (наприклад, проникнення цвяхом, сильний удар або розчавлення), електричне зловживання (наприклад, перезарядження, надмірна-розрядка або зовнішнє коротке замикання) та термічне зловживання (вплив високих температур навколишнього середовища або збої системи охолодження). Серед них внутрішнє коротке замикання залишається найбільш непомітним і небезпечним видом несправності, оскільки локальні дефекти часто обходять стандартне виявлення, поки не почнеться неконтрольоване виділення тепла.
Три{0}}шляхи деградації в літій-іонних елементах
Прогрес у бік термічної втечі розгортається через три різні температурні пороги. Початкова фаза починається приблизно при 90–120 градусах з руйнуванням міжфазного шару твердого електроліту (SEI). Це розкладання виділяє тепло і піддає реактивну поверхню анода безпосередньо органічному електроліту, прискорюючи базову термічну нестабільність у структурі комірки.
На другому етапі (120–200 градусів), відкритий анод активно реагує з електролітом, тоді як сепаратор починає плавитися (поліетиленові сепаратори зазвичай руйнуються при температурі 130 градусів). Ця поломка призводить до широкого внутрішнього короткого замикання та швидкого зростання внутрішнього опору.
Після температури 200 градусів починається третя стадія: катодні матеріали розкладаються та вивільняють кисень, викликаючи бурхливі реакції горіння з електролітом. Перехідна потужність тепла під час цієї критичної фази може миттєво досягти рівня кіловат.
Стратегії раннього попередження та-системи безпеки BMS
Щоб зменшити ці ризики, системи керування батареями (BMS) покладаються на-моніторинг конкретних характерних параметрів у реальному часі. Основні показники виявлення включають раптові падіння напруги, тиск утворення газу та різке підвищення температури. Виявлення цих ранніх індикаторів забезпечує важливий час для видачі сповіщень про безпеку до того, як поширення тепла пошириться по модулю.