锂离子电池的热失控和减轻影响的方法

热失控是锂离子电池中可能发生的一种不受控制的反应。超过一定水平,电池温度就会不受控制地上升。

2021年5月5日,星期三

什么是热失控?

热失控过程可由高温触发,有一个热失控的起始温度,超过这个温度,电池温度将不可控制地上升。

热失控是一种不受控制的反应,可能发生在锂离子电池中。电池的损坏或短路会导致热量和压力在电池中积聚。如果达到一定水平,就会引发化学反应,产生更多的热量和压力,造成正反馈循环。热失控可以迅速从一个电池扩散到另一个,导致灾难性的爆炸和火灾。热失控的副产品可能包括大量的易燃氢气和其他有毒的氟有机气体。

诱发热失控的潜在因素包括对电池过度充电、电池过热或暴露在高温下、过高的放电率、短路或损坏,如刺穿。

这些因素中的任何一个都会破坏电池的高能材料和有机成分的稳定性,导致它们产生自己的热量。如果这些热量不能快速消散,电池温度将继续上升,这将加速热量的释放过程。

热失控会影响电池的电压、温度和压力水平。就在热失控之前,由于电极的分层,电池电压下降。放热的化学反应导致温度上升,而化学反应产生的气体加上电解质的蒸发导致电池内部压力增加。

如何减轻热失控的影响

为了妥善管理热失控,必须采取某些安全措施。这些措施旨在首先防止热失控,然后减轻负面影响,缓解与此类事件相关的安全问题。

一些预防性的安全措施包括坚固的电池盒、高效的冷却系统以及保护性的设计和控制功能。阻燃添加剂可用于电解质或隔膜,以提高电池的热稳定性,并首先防止其被点燃。

如果预防性安全措施失败,第二道防线包括旨在阻止或减少热失控损害的防故障措施。这些措施之一是分离器关闭。使用凝胶聚合物分离器的一个优点是,它也可以作为热熔断器。在电池温度达到热失控的阈值之前,隔膜就会融化,其结构就会分解。这阻止了锂离子的传输,有效地关闭了电池单元。唯一的问题是,分离器需要时间来崩溃,所以分离器的关闭不会完全停止所有的化学反应,温度可以继续上升 - 热失控可以继续。

此时,可燃气体将在电池内积聚,进一步增加压力和温度。热失控已无法阻止,因此限制影响的安全措施开始发挥作用。排放机制将以可控的方式释放这些气体,而不是以不可控的爆炸方式。它还将从电池中释放热量和压力,以减少短路或电池破裂的风险。

电池外壳通风机制的例子

PRO-LP爆破片是泄放机制的一个例子。这种反向作用的爆破片被设计为在与电池外壳相关的低压下准确爆破。爆破片外围有刻痕,所以如果压力增加到一个临界点,爆破片会在刻痕处破裂,提供即时的压力释放。此外,PRO-LP的低剖面、高完整性设计符合突起的规格,并提供即时和完全的开放,以快速排气(约4毫秒),减少电池失控传播的风险。

另一个更低的解决方案是扁平复合盘。突出部分最小,前向作用的复合盘将在超低压力下准确爆破而不影响设计的完整性。

最后,对于较大的电池应用(即电网规模),需要额外的通风面积,我们的MV系列防爆口提供低调的通风,并可灵活地提供定制尺寸、形状和压力,以满足您的要求。这些通风口中的许多都不需要框架,因此降低了总体成本,同时减轻了与超压有关的风险。通风口的设计进一步支持提高可靠性和性能。

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