فرار حرارتی باتریهای لیتیوم در واقع یک پدیده اجتنابناپذیر است، عمدتاً به دلیل خواص شیمیایی بسیار واکنشپذیر فلز لیتیوم، که پردازش، ذخیرهسازی و استفاده از فلز لیتیوم را از نظر زیستمحیطی بسیار ضروری میسازد.
1. دلایل فرار حرارتی باتری های لیتیومی
1.1 اتصال کوتاه داخلی: هنگامی که یک اتصال کوتاه بین قطب های مثبت و منفی داخل باتری رخ می دهد، مقدار زیادی گرما تولید می شود که باعث می شود دمای باتری به سرعت بالا برود و منجر به تولید گرمای کنترل نشده شود. اتصال کوتاه ممکن است به دلیل نقص در فرآیند ساخت باتری، پارگی غشاء ناشی از پیری باتری یا رشد دندریت در غشاء ایجاد شود.
1.2 شارژ بیش از حد: هنگامی که یک باتری بیش از حد شارژ می شود، الکترولیت داخلی تحت یک واکنش تجزیه قرار می گیرد و مقدار زیادی گاز و گرما تولید می کند که منجر به افزایش سریع دمای باتری و فرار حرارتی می شود. شارژ بیش از حد ممکن است به دلیل نقص شارژر، خرابی سیستم مدیریت باتری (BMS) یا عملکرد نامناسب کاربر باشد.
1.3 آسیب خارجی:هنگامی که باتری در اثر ضربه، فشردهسازی یا سوراخ شدن آسیب میبیند، الکترولیت داخل آن نشت میکند و با اکسیژن موجود در هوا واکنش شیمیایی میدهد و مقدار زیادی گرما و گاز تولید میکند که منجر به افزایش سریع دمای باتری و فرار حرارتی میشود.
1.4 قدیمی شدن باتری: از آنجایی که باتری برای مدت زمان طولانیتری استفاده میشود، الکترولیت داخلی به تدریج تجزیه و پیر میشود و در نتیجه ظرفیت باتری کاهش مییابد، مقاومت داخلی افزایش مییابد و عملکرد اتلاف گرما بدتر میشود که در نهایت ممکن است منجر به فرار حرارتی شود. از باتری
1.5 محیط با دمای بالا:کارکرد طولانی مدت باتری های لیتیومی در محیط های با دمای بالا ممکن است باعث شود دمای داخلی باتری همچنان بالا برود و منجر به گرمایش کنترل نشده شود.
2. اقدامات متقابل برای فرار حرارتی باتری های لیتیومی
2.1 بهبود دقت تولید باتری:کیفیت صفحات الکترود و جداکننده ها را در فرآیند تولید به شدت کنترل کنید. از تجهیزات برش با دقت بالا برای اطمینان از عاری بودن پولاریزه کننده از سوراخ ها استفاده می شود و از روش های پیشرفته بازرسی کیفیت برای اطمینان از یکپارچگی و یکنواختی دیافراگم استفاده می شود.
2.2 بهینه سازی انتخاب مواد و نسبت: مواد و الکترولیت های الکترود مثبت و منفی پایدار را انتخاب کنید. برای مواد الکترود مثبت، در حالی که نیازهای چگالی انرژی را برآورده می کنند، باید به سیستم های مواد با پایداری حرارتی خوب اولویت داده شود. در همان زمان، مواد الکترود منفی را انتخاب کنید که می توانند یک فیلم SEI پایدار تشکیل دهند، و ترکیب الکترولیت را به طور معقولی تنظیم کنید، و برخی از افزودنی های پایدار حرارتی را برای سرکوب تجزیه الکترولیت اضافه کنید.
2.3 تقویت کنترل کیفیت مونتاژ باتری: فرآیندها و استانداردهای مونتاژ دقیق را ایجاد کنید، از مونتاژ دقیق اجزایی مانند الکترودها و جداکننده ها از طریق تجهیزات مونتاژ خودکار اطمینان حاصل کنید و آزمایش های آب بندی دقیق را روی باتری های مونتاژ شده انجام دهید.
2.4 روش های صحیح شارژ و دشارژ:برای جلوگیری از شارژ و تخلیه بیش از حد از شارژری استفاده کنید که با مشخصات باتری مطابقت داشته باشد. برای تجهیزات باتری لیتیومی، ولتاژهای قطع شارژ و دشارژ معقول باید تنظیم شود و الگوریتم های شارژ هوشمند باید در نرم افزار دستگاه یا تجهیزات شارژ تعبیه شود تا جریان و ولتاژ شارژ را به صورت دینامیکی با توجه به وضعیت باتری تنظیم کند.
2.5 دمای محیط استفاده را کنترل کنید:سعی کنید از استفاده و نگهداری باتری ها در محیط های با دمای بالا خودداری کنید. اگر باتری روی تجهیزات در محیطهای با دمای بالا اعمال شود، باید دستگاههای اتلاف حرارت مؤثر مانند سینکهای حرارتی، فنها و غیره نصب شوند.
2.6 بازرسی و نگهداری منظم:برای تجهیزات باتری لیتیومی که برای مدت طولانی استفاده می شود، باتری باید به طور منظم بررسی شود، از جمله بازرسی بصری (از نظر برآمدگی، نشتی و غیره) و تست عملکرد (برای شاخص هایی مانند ظرفیت و مقاومت داخلی).
3. استراتژی های واکنش ملی و صنعتی برای فرار حرارتی باتری های لیتیومی
3.1 بهبود استانداردهای دفاعی: اداره ملی آتش نشانی و نجات و سایر بخش های مربوطه پیشنهاد کرده اند استانداردهای پیشگیری از آتش سوزی ساختمان ها را بهبود بخشند، مفاهیم پیشگیری و کنترل آتش سوزی را تغییر دهند و آسیب های ناشی از فرار حرارتی باتری های لیتیومی را کاهش دهند.
3.2 تقویت پیشرفت های تکنولوژیکی: تشویق کنیدمیزبانی از تولیدکنندگان و شرکتهای مرتبط برای تقویت تحقیق و توسعه فناوری، بهبود فرآیندهای تولید و افزایش عملکرد ایمنی مواد کلیدی مانند الکترولیتها و غشاها.
3.3 ترویج فناوری های جدید باتری:باتریهای حالت جامد و سایر فناوریهای جدید باتری، چگالی انرژی بالاتر و عملکرد پایدارتری دارند و به کانون تحقیقاتی برای وسایل نقلیه با انرژی جدید تبدیل میشوند. اگرچه فرآیند تولید باتریهای حالت جامد پیچیده و پرهزینه است، اما با پیشرفت مداوم فناوری و کاهش هزینهها، انتظار میرود در آینده جایگزین باتریهای مایع شود و خطر فرار حرارتی را کاهش دهد.
4. مسیر توسعه فناوری ایمنی باتری لیتیومی هنوز طولانی است
با کاربرد گسترده باتریهای لیتیوم یونی در وسایل نقلیه الکتریکی، سیستمهای ذخیره انرژی، دستگاههای الکترونیکی قابل حمل و سایر زمینهها، مسائل ایمنی آنها نیز مورد توجه روزافزونی قرار گرفته است.
4.1 تحقیق و نوآوری مواد باتری:
در حال حاضر، باتریهای لیتیوم یونی عمدتاً به مواد الکترود مثبت مانند اکسید لیتیوم کبالت و لیتیوم نیکل اکسید کبالت منگنز و همچنین مواد الکترود منفی مبتنی بر گرافیت یا سیلیکون متکی هستند. این مواد ممکن است خطرات ایمنی مانند فرار حرارتی و اتصال کوتاه در طول فرآیند شارژ و دشارژ داشته باشند.
بنابراین، تحقیق در مورد مواد باتری ایمن تر و پایدارتر یک جهت مهم برای فناوری ایمنی باتری لیتیومی است. به عنوان مثال، باتری های حالت جامد به دلیل چگالی انرژی بیشتر و ایمنی بهتر توجه زیادی را به خود جلب کرده اند.
4.2 بهینه سازی سیستم مدیریت باتری (BMS):
BMS یکی از اجزای اصلی بستههای باتری لیتیوم یونی است که وظیفه نظارت بر ولتاژ، جریان، دما و سایر پارامترهای بسته باتری و کنترل شارژ و دشارژ بر اساس این پارامترها را بر عهده دارد.
با بهینه سازی الگوریتم BMS و طراحی سخت افزار، ایمنی بسته باتری را می توان بهبود بخشید. به عنوان مثال، با نظارت بر وضعیت سلامت بسته باتری در زمان واقعی، می توان به مسائل ایمنی احتمالی هشدار داد و به موقع به آنها رسیدگی کرد.
4.3 پیشرفت در فناوری مدیریت حرارتی باتری:
باتریهای لیتیوم یونی در حین کار گرما تولید میکنند و اگر گرما به موقع دفع نشود، میتواند باعث افزایش دمای باتری و مشکلات ایمنی شود.
بنابراین، تحقیق در مورد فناوری مدیریت حرارتی باتری کارآمدتر نیز یک جهت مهم برای فناوری ایمنی باتری لیتیومی است. به عنوان مثال، اتخاذ روش های خنک کننده مایع، خنک کننده هوا و سایر روش های اتلاف گرما، و همچنین توسعه راه حل های یکپارچه کارآمدتر برای سیستم های مدیریت حرارتی.
4.4 بهبود فناوری ساخت و آزمایش باتری:
فرآیند تولید باتریهای لیتیوم یون تأثیر قابل توجهی بر باتریهای آنها داردafety به عنوان مثال، نقص و ناخالصی های داخل باتری ممکن است باعث مشکلات ایمنی شود.
بنابراین، بهبود کنترل کیفیت و فناوری تست در فرآیند تولید باتری نیز بخش مهمی از فناوری ایمنی باتری لیتیومی است. با اتخاذ تجهیزات ساخت پیشرفته تر و روش های آزمایش، می توان عیوب و ناخالصی های داخل باتری را کاهش داد و ایمنی باتری را بهبود بخشید.
4.5 تدوین و بهبود مقررات و استانداردها:
با استفاده گسترده از باتری های لیتیوم یون، مقررات و استانداردهای مربوطه به طور مداوم در حال بهبود هستند. این مقررات و استانداردها الزامات و مقررات روشنی را برای ایمنی باتری های لیتیوم یون ارائه می کنند.
بنابراین، تقویت فرمولاسیون و بهبود مقررات و استانداردها نیز یک جهت مهم برای توسعه فناوری ایمنی باتری لیتیومی است. با تدوین مقررات و استانداردهای سختگیرانهتر، میتوان پیشرفت و بهبود مستمر فناوری ایمنی باتریهای لیتیومی را ارتقا داد.