Обнаружение газа в литиевой батарее Тепловой разгон

0 Comments

Литий-ионные элементы обладают высокой плотностью энергии, низкой скоростью саморазряда, долгим сроком службы, малым весом и экологичностью и широко используются во многих потребительских товарах и накопителях энергии, от электромобилей до станций накопления энергии. Однако люди также напуганы самовозгоранием и взрывом аккумуляторов, что до сих пор является темой, которой нельзя избежать в отрасли. Тепловой разгон является основным объектом исследований по повышению безопасности литий-ионных аккумуляторов.

Термический разгон относится к явлению цепной реакции, вызванному различными причинами, в то время как большое количество выделяемого тепла и вредных газов может привести к возгоранию и взрыву батареи. Термическое убегание обычно вызывается тремя видами неправильного обращения: механическим, электрическим и тепловым.

Механическое злоупотребление — батарея подвергается внешним силам, таким как столкновение, выдавливание и иглоукалывание, что приводит к разрыву внутренней диафрагмы (пленка SEI — граница твердого электролита) литиевой батареи, обнажает положительный электрод для соединения с отрицательным электродом и вызывает внутреннее короткое замыкание.

Электрические нарушения — батарея подвержена внутренним и внешним коротким замыканиям, перезарядке, разрядке. Как только литиевая батарея имеет внутреннее короткое замыкание, будет выделяться большое количество тепла, будут запускаться химические реакции в условиях более высоких температур, эти реакции дополнительно выделяют тепло, что эквивалентно постоянному нагреву батареи.

Термическое злоупотребление — относится к внешнему нагреву батареи, и как только тепло внутри батареи накапливается в определенной степени, возникает тепловой разгон.

На практике эти три случая связаны и происходят по цепочке.

Чтобы лучше узнать о тепловом разгоне, давайте посмотрим на внутреннюю структуру литиевого аккумулятора.

Литиевая батарея состоит из положительного электрода, отрицательного электрода и электролита. Внутри литиевой батареи есть разделение между положительным электродом и отрицательным электродом, и нет прямой реакции от двух электродов, в основном это химическая реакция самих электродов и между их соответствующими электролитами.

Реакция между положительным электродом и электролитом — Материал положительного электрода разработан на основе оксидов переходных металлов. Термическое разложение положительного электрода приводит к выделению большого количества кислорода, что является существенным фактором теплового разгона. Углекислый газ CO2 будет производиться в больших количествах из-за присутствия кислорода, и при этом будет дым C2H5F.

Реакция между отрицательным электродом и электролитом . Поверхность отрицательного электрода образована пленкой SEI (поверхность твердого электролита), которая образуется во время первой зарядки и разрядки батареи и имеет решающее значение для предотвращения прямой реакции между отрицательным электродом и электролитом. электролит. Как только SEI разложится, отрицательный электрод будет непосредственно контактировать с электролитом и вступать в реакцию с электролитом.

Реакция в электролите . В дополнение к реакции между электродами и электролитом будет разлагаться и сам электролит.

Различные химические реакции внутри литиевой батареи производят различные твердые продукты и газы и выделяют много тепла. Как только происходит тепловой разгон, его окончанием может быть только полное сгорание реагентов. Батарея содержит энергоемкие вещества в закрытом корпусе, и тушение пожара пока не может остановить продолжающийся тепловой разгон.

На ранней стадии теплового разгона литий-ионных аккумуляторов из-за медленных изменений характерных идентификационных параметров, таких как температура аккумулятора, напряжение разряда и ток разряда, сбои аккумулятора не могут быть обнаружены на раннем этапе с помощью современной BMS (системы управления аккумулятором). А в это время в результате электрохимической реакции внутри аккумулятора будет выделяться большое количество газообразных веществ.

Следовательно, теоретически возможно использовать датчики обнаружения газа для раннего предупреждения о тепловом разгоне литий-ионных аккумуляторов. Из внутренних химических реакций литиевых батарей установлено, что в процессе нагрева выделяются различные газы: O2, CO2, C2H4, C4H10, POF3, C2H5F, PF5, H2 и т. д.

Однако при нормальной работе литиевые батареи также выделяют некоторые газы, такие как CO, C2H4 и C4H10, которые отличаются от газов, образующихся при повышении температуры. В соответствии со значительными различиями, такими как содержание газа, скорость изменения газа и комплексный мониторинг типа газа, можно добиться более точного раннего предупреждения о тепловом разгоне литиевой батареи. В практических приложениях необходимо выбрать целевые датчики и установить соответствующие пороговые значения для суждения.

В настоящее время некоторые компании производят сопутствующие товары в направлении обнаружения газа в сочетании с противопожарной защитой. Датчики Winsen для обнаружения теплового разгона широко используются в литиевых батареях, электромобилях, аккумуляторных батареях и станциях, своевременно обнаруживают и контролируют изменение углекислого газа CO2, монооксида углерода CO, водорода H2, дыма, температуры и т. д.