Что такое тепловой разгон в литиевых батареях?

Тепловой разгон литиевых аккумуляторов представляет серьёзную опасность. Это явление означает, что аккумуляторы вступают в самоускоряющуюся реакцию, вызывающую экстремально высокие температуры и интенсивное разгерметизацию ячеек. Литий-ионные аккумуляторы могут перезаряжаться или выходить из строя, что приводит к катастрофическим последствиям. Последние данные свидетельствуют о тепловом разгоне аккумуляторов. нарушает полеты каждую неделю, что доказывает, что риск остается критическим.

Основные выводы

• Тепловой разгон происходит, когда литиевые батареи перегреваются и запускают цепную реакцию, которая приводит к пожарам или взрывам.

• Раннее обнаружение с помощью современных датчиков и надежных систем управления аккумуляторными батареями может предотвратить опасные сбои и обеспечить безопасность аккумуляторных батарей.

• Использование более безопасных материалов, хорошего охлаждения и продуманной конструкции снижает риски и помогает предотвратить распространение теплового пробоя в аккумуляторных батареях.

Часть 1: Тепловой разгон литиевых батарей

1.1 Триггеры и причины

Вам необходимо понимать основные причины, вызывающие тепловой разгон литиевых аккумуляторов, особенно при управлении аккумуляторными блоками для критически важных приложений B2B, таких как основным медицинским, робототехника, безопасность, инфраструктура, бытовая электроника и промышленность Секторы. Триггеры делятся на две основные категории: внешние и внутренние.

Часто встречаются внешние факторы, такие как перегрев (воздействие высоких температур), механическое воздействие (сдавливание, прокол) и электрическое воздействие (перезаряд или переразряд). Эти факторы могут быстро нагреть аккумулятор, повредить его внутренние компоненты или вывести его из строя при напряжении, превышающем допустимые пределы. К внутренним факторам относятся производственные дефекты, такие как наличие металлических включений или неисправные сепараторы, а также рост литиевых дендритов при перезаряде или высокоскоростной зарядке/разрядке. Эти факторы могут вызывать внутренние короткие замыкания, которые являются основной причиной теплового разгона аккумуляторов.

Наконечник: Перезарядка и высокотоковая зарядка/разрядка Ускоряют литирование и разложение SEI, увеличивая риск внутренних коротких замыканий и быстрого тепловыделения. Старение аккумулятора и некачественная сборка также повышают вероятность выхода из строя.

1.2 Процесс цепной реакции

После того, как триггер инициирует тепловой разгон в литиевых аккумуляторах, происходит быстрая, самоускоряющаяся цепная реакция. Этот процесс протекает в несколько отдельных этапов:

1. Начальный нагрев: Температура аккумулятора быстро растёт, часто достигая 150–180 °C. Это вызывает экзотермические реакции в электролите и материалах электродов.

2. Разбивка SEI: Твердая электролитная граница раздела (SEI) на аноде разлагается при температуре от 80°C до 120°C, в результате чего анод подвергается воздействию электролита и выделяет тепло и газы.

3. Разделитель плавления: При температуре около 130°C сепаратор плавится, что приводит к непосредственному контакту электродов. Это приводит к обширным внутренним коротким замыканиям и интенсивному джоулевому нагреву.

4. Электролитные и электродные реакции: Реакции между открытыми электродами и электролитом генерируют больше тепла и горючих газов, таких как водород, оксид углерода и метан.

5. Повышение и сброс давления: Выделяющиеся при тепловом разгоне газы увеличивают внутреннее давление. Корпус аккумулятора может выделять дым или газ в качестве предупреждения.

6. Разрыв оболочки и выброс: Если давление продолжает расти, оболочка разрывается, выбрасывая горячие газы, пламя, а иногда и расплавленный металл.

7. Зажигание и распространение: Выделяющиеся при тепловом разгоне горючие газы могут воспламениться, вызывая пожар или взрыв. Выброс тепла может распространяться на соседние элементы, особенно в плотно упакованных аккумуляторных модулях.

8. Выделение кислорода: Катодное разложение обеспечивает внутренний приток кислорода, поддерживая горение даже без внешнего воздуха.

9. Выбросы токсичных газов: Выделяются токсичные и едкие газы, такие как фтористый водород, которые представляют опасность для здоровья.

10. Каскадный эффект: Цепная реакция может охватить целые аккумуляторные блоки, что приведет к масштабным пожарам и взрывам, которые будет трудно потушить.

Примечание: Выделяющиеся при тепловом разгоне газы не только увеличивают риск возникновения пожара, но и создают токсичную и коррозионную среду, затрудняя реагирование на чрезвычайные ситуации.

1.3 Ключевые факторы риска

Необходимо распознать основные факторы риска, которые увеличивают вероятность теплового разгона аккумуляторов, особенно в крупногабаритных литиевых аккумуляторных батареях:

• Внутренние короткие замыкания: Часто причиной являются производственные дефекты, механические повреждения или рост литиевых дендритов.

• Повышенные температуры: Высокие температуры ускоряют разложение SEI и разрушение электролита с выделением тепла и газов.

• Перезарядка: Превышение безопасных пределов напряжения приводит к возникновению SEI и разрушению электролита, увеличивая риск теплового пробоя в батареях.

• Плохое управление температурным режимом: Недостаточное рассеивание тепла позволяет теплу накапливаться и распространяться между клетками.

• Экзотермические реакции: Химические реакции внутри клеток генерируют тепло и горючие газы, выделяющиеся при тепловом разгоне.

• Плотная упаковка ячеек: Плотно упакованные ячейки способствуют теплопередаче и каскадным отказам.

• Механическое повреждение: Физические воздействия могут вызвать внутренние короткие замыкания.

• Старение и деградация: Старение аккумулятора снижает его емкость и увеличивает подверженность внутренним коротким замыканиям.

Тепловой разгон литиевых аккумуляторов крайне сложно остановить после его начала. Внутренние экзотермические реакции генерируют избыточное тепло и газы, вызывая быстрое повышение температуры и давления, которые трудно рассеять. Внешние датчики часто обнаруживают предупреждающие признаки, такие как выделение газа, падение напряжения или повышение температуры поверхности, только после того, как произошло необратимое повреждение. Инкубационный период включает в себя внутреннюю потерю массы и изменения давления, которые невозможно своевременно обнаружить с помощью традиционных методов мониторинга.

Alert: Раннее обнаружение имеет решающее значение. После возникновения теплового разгона внутреннее тепло и выделяющиеся при этом газы неконтролируемо ускоряются, что приводит к пожару и взрыву. системы управления батареями (BMS) с внутренними датчиками температуры и давления обеспечивают наилучшие возможности для своевременного вмешательства.

Особенности проектирования на системном уровне могут помочь снизить риск распространения. Вы можете использовать композиционные материалы с фазовым переходом, увеличить расстояние между ячейками и использовать тепловые барьеры для поглощения тепла и предотвращения теплового разгона в аккумуляторах. системы терморегулирования, такие как жидкостное охлаждение или гибридные системы, еще больше повышают безопасность литиевых аккумуляторных батарей.

Часть 2: Последствия и профилактика литий-ионных аккумуляторов

2.1 Опасности теплового побега

Необходимо осознавать серьёзные последствия возгорания аккумулятора, вызванного тепловым пробоем. При выходе из строя литий-ионного аккумулятора его температура может превышать 1000 °C. Этот экстремальный нагрев быстро распространяется, воспламеняя соседние аккумуляторы и вызывая цепную реакцию. Часто возникают следующие опасности:

• Пожары и взрывы аккумуляторных батарей, которые трудно потушить и которые могут гореть в течение длительного времени.

• Выброс горючих и токсичные газы, включая фтористый водород, оксид углеродаи летучие органические соединения. Концентрации этих газов могут превышать допустимые нормы и представлять серьёзную опасность для здоровья.

• Быстрый подъем температуры и давления, приводящий к бурному выбросу горячих газов и расплавленных материалов.

• Распространение отказа в крупных аккумуляторных батареях, особенно при возгорании электромобилей или в системах накопления энергии.

• Повреждение конструкции корпусов аккумуляторных батарей, в результате которого еще больше ячеек подвергаются воздействию кислорода и внешнего тепла.

Alert: Токсичные газы от возгораний аккумуляторных батарей могут распространяться далеко за пределы непосредственной близости, делая качество воздуха опасным для спасателей и персонала объекта.

2.2 стратегий профилактики

Безопасность аккумулятора можно повысить, применив ряд профилактических мер. Ключевую роль играет улучшение материалов. Используйте материалы с фазовым переходом, керамические покрытия и более безопасные химические соединения, такие как литий-железо-фосфат (LFP), для повышения термической стабильности. Усовершенствованные тепловые барьеры и системы охлаждения, такие как жидкостное охлаждение или охлаждение с помощью вентилятора, помогают контролировать нагрев и предотвращать распространение неисправностей. Интегрируйте материалы с положительным термическим коэффициентом (PTC) и термочувствительные полимеры в сепараторы и электролиты для прерывания проводимости при перегреве.

Системы раннего оповещения играют ключевую роль в предотвращении теплового выхода из строя. Датчики отходящих газов, тепловизионные системы и системы электромониторинга позволяют обнаружить аномальные условия за несколько минут до начала пожара. Эти технологии позволяют вам принять меры до того, как ущерб станет масштабным. Подробнее об ответственном подходе к закупкам и устойчивом развитии см. в нашем разделе. Заявление об устойчивом развитии и Заявление о конфликтных минералах.

2.3 Управление аккумуляторными батареями и безопасность системы

Вам следует внедрить надежные системы управления аккумуляторными батареями (BMS) для мониторинга напряжения, тока и температуры в режиме реального времени. Правильно спроектированная BMS может останавливать зарядку, отключать неисправные элементы и балансировать напряжение, снижая нагрузку на аккумуляторы. Передовые решения BMS также обеспечивают беспроводной мониторинг, раннее обнаружение неисправностей и интеграцию с системами пожаротушения. Эти функции критически важны для приложений, связанных с безопасностью аккумуляторных батарей, в таких отраслях, как медицина, робототехника, системы безопасности и инфраструктура.

Передовые методы обеспечения безопасности аккумуляторов включают:

• Поддержание температурного режима в рекомендуемых пределах.

• Использование систем обнаружения и тушения пожара, адаптированных к вашему типу аккумулятора.

• Регулярный осмотр и техническое обслуживание аккумуляторных батарей.

• Обмен данными по безопасности с органами власти и страховыми компаниями.

• Передача хранения на аутсорсинг объектам с установленными протоколами безопасности.

Наконечник: Современные системы мониторинга с многомерными датчиками способны обеспечивать ранние предупреждения за несколько часов до теплового разгона., что позволяет вам вмешаться и предотвратить катастрофические возгорания аккумуляторов.

Вы играете важнейшую роль в предотвращении катастрофических отказов литий-ионных аккумуляторов.

• Понимание теплового разгона помогает вам проектировать более безопасные системы и соблюдать нормативные требования.

• Раннее обнаружение и надежные системы управления снизить риски и повысить надежность.

  Будьте в курсе новых технологий безопасности, которые помогут защитить вашу деятельность и людей.

FAQ

1. Какой самый быстрый способ обнаружить тепловой пробой литиевых аккумуляторов?

Вы можете использовать передовые датчики в системе управления аккумуляторными батареями. Обнаружение отходящих газов и мониторинг температуры в режиме реального времени обеспечивают раннее предупреждение о тепловом разгоне.

2. Как сделать Large Power индивидуальные решения по литиевым аккумуляторам для промышленного применения?

Large Power Разрабатывает индивидуальные аккумуляторные батареи под ваши конкретные нужды. Вы можете изучить нестандартные решения для аккумуляторов для проектов в области робототехники, медицины и инфраструктуры.

3. Какой химический состав литиевых аккумуляторов обеспечивает самую высокую термическую стабильность?

Совет: выбирайте LFP для максимальной безопасности в условиях повышенного риска.