Hoy en día, varias compañías automotrices utilizan baterías de litio a gran escala en baterías de energía, y la densidad energética es cada vez mayor. Sin embargo, la seguridad de las baterías aún genera dudas, y no es una buena solución. La fuga térmica es el principal objeto de investigación en seguridad de baterías de energía, y merece la pena prestarle atención.
En primer lugar, comprendamos qué es el embalamiento térmico. El embalamiento térmico es un fenómeno de reacción en cadena, desencadenado por diversos factores, que genera una gran cantidad de calor y gases nocivos emitidos por la batería en un corto período de tiempo, lo que puede incluso provocar su incendio y explosión en casos graves. Existen diversas razones para su ocurrencia, como sobrecalentamiento, sobrecarga, cortocircuito interno, colisión, etc. El embalamiento térmico de la batería suele comenzar por la descomposición de la película SEI negativa en la celda, seguida de la descomposición y fusión del diafragma, lo que resulta en la descomposición del electrodo negativo y el electrolito, seguida de la descomposición tanto del electrodo positivo como del electrolito, lo que desencadena un cortocircuito interno a gran escala que provoca la combustión del electrolito, que luego se propaga a otras celdas, causando un grave embalamiento térmico y permitiendo que toda la batería produzca una combustión espontánea.
Las causas de la fuga térmica se pueden dividir en internas y externas. Las internas suelen deberse a cortocircuitos internos; las externas, a maltrato mecánico, eléctrico, térmico, etc.
Un cortocircuito interno, que es un contacto directo entre los terminales positivo y negativo de la batería, varía considerablemente en cuanto al grado de contacto y la reacción subsiguiente. Normalmente, un cortocircuito interno masivo causado por abuso mecánico y térmico desencadena directamente una fuga térmica. Por el contrario, los cortocircuitos internos que se desarrollan por sí solos son relativamente leves, y el calor que generan es tan pequeño que no desencadenan inmediatamente una fuga térmica. La fuga térmica interna suele incluir defectos de fabricación, deterioro de diversas propiedades causado por el envejecimiento de la batería, como aumento de la resistencia interna, depósitos de litio metálico causados por un mal uso prolongado y leve, etc. Con el tiempo, el riesgo de cortocircuito interno causado por estas causas internas aumentará gradualmente.
El maltrato mecánico se refiere a la deformación del monómero y el paquete de baterías de litio bajo la acción de fuerzas externas, así como al desplazamiento relativo de sus diferentes componentes. Los principales daños a la celda eléctrica incluyen colisión, extrusión y perforación. Por ejemplo, el contacto de un objeto extraño con el vehículo a alta velocidad provocó el colapso del diafragma interno de la batería, lo que a su vez provocó un cortocircuito y una combustión espontánea en poco tiempo.
El abuso eléctrico de las baterías de litio generalmente incluye cortocircuitos externos, sobrecargas y sobredescargas, que suelen derivar en una fuga térmica. Un cortocircuito externo ocurre cuando dos conductores con presión diferencial se conectan fuera de la celda. Los cortocircuitos externos en las baterías pueden deberse a deformaciones causadas por colisiones de vehículos, inmersión en agua, contaminación de los conductores o descargas eléctricas durante el mantenimiento. Normalmente, el calor liberado por un cortocircuito externo no calienta la batería, a diferencia de una perforación. El vínculo clave entre un cortocircuito externo y una fuga térmica es la temperatura que alcanza el punto de sobrecalentamiento. Cuando el calor generado por el cortocircuito externo no se puede disipar adecuadamente, la temperatura de la batería aumenta y la alta temperatura desencadena la fuga térmica. Por lo tanto, cortar la corriente de cortocircuito o disipar el exceso de calor son formas de evitar que el cortocircuito externo produzca más daños. La sobrecarga, debido a su alto contenido de energía, es uno de los mayores riesgos de abuso eléctrico. La generación de calor y gases son dos características comunes del proceso de sobrecarga. La generación de calor proviene del calor óhmico y de reacciones secundarias. En primer lugar, las dendritas de litio crecen en la superficie del ánodo debido a la incrustación excesiva de litio.
Medidas de protección contra fugas térmicas:
En la etapa de autogeneración de calor para inhibir la fuga térmica del núcleo, existen dos opciones: una es mejorar y modernizar el material del núcleo. La clave de la fuga térmica reside principalmente en la estabilidad de los materiales de los electrodos positivo y negativo, así como del electrolito. En el futuro, también necesitamos realizar avances importantes en el recubrimiento del material del cátodo, la modificación, la compatibilidad homogénea del electrolito y el electrodo, y la mejora de la conductividad térmica del núcleo. Otra opción es elegir un electrolito de alta seguridad para obtener el efecto retardante de llama. En segundo lugar, es necesario adoptar soluciones eficientes de gestión térmica.Calentador de refrigerante PTC/ Calentador de aire PTC) desde el exterior para suprimir el aumento de temperatura de la batería de iones de litio, a fin de garantizar que la película SEI de la celda no alcance la temperatura de disolución y, naturalmente, no se produzca una fuga térmica.
Hora de publicación: 17 de marzo de 2023
