Günümüzde çeşitli otomobil şirketleri güç bataryalarında lityum pilleri büyük ölçekte kullanıyor ve enerji yoğunluğu giderek artıyor, ancak insanlar hala güç bataryalarının güvenliği konusunda yanılıyor ve bu, batarya güvenliğine iyi bir çözüm değil. Isı kaçışı, güç bataryası güvenliğinin ana araştırma konusu olup, üzerinde durulmaya değer bir konudur.
Öncelikle, termal kaçışın ne olduğunu anlayalım. Termal kaçış, çeşitli tetikleyiciler tarafından başlatılan bir zincirleme reaksiyon olayıdır ve kısa bir süre içinde pil tarafından büyük miktarda ısı ve zararlı gazların yayılmasına neden olur; ciddi durumlarda pilin alev almasına ve patlamasına bile yol açabilir. Aşırı ısınma, aşırı şarj, iç kısa devre, çarpışma vb. gibi termal kaçışın birçok nedeni vardır. Pil termal kaçışı genellikle pil hücresindeki negatif SEI filminin ayrışmasıyla başlar, ardından diyaframın ayrışması ve erimesi, negatif elektrot ve elektrolitin ayrışması, ardından hem pozitif elektrotun hem de elektrolitin ayrışmasıyla büyük ölçekli bir iç kısa devreye neden olur, elektrolitin yanmasına yol açar ve bu da diğer hücrelere yayılır, ciddi bir termal kaçışa neden olur ve tüm pil paketinin kendiliğinden tutuşmasına yol açar.
Isı kaçışının nedenleri iç ve dış nedenler olarak ikiye ayrılabilir. İç nedenler genellikle dahili kısa devrelerden kaynaklanırken; dış nedenler mekanik hasar, elektriksel hasar, termal hasar vb. nedenlerden kaynaklanır.
Pil üzerindeki pozitif ve negatif terminaller arasında doğrudan temas sonucu oluşan dahili kısa devre, temas derecesi ve tetiklediği reaksiyon bakımından büyük farklılıklar gösterir. Genellikle mekanik ve termal hasardan kaynaklanan büyük bir dahili kısa devre, doğrudan termal kaçışa neden olur. Buna karşılık, kendiliğinden oluşan dahili kısa devreler nispeten küçüktür ve ürettiği ısı o kadar azdır ki, hemen termal kaçışa neden olmaz. Dahili kendiliğinden gelişme genellikle üretim hatalarını, pilin eskimesinden kaynaklanan çeşitli özelliklerin bozulmasını (örneğin artan iç direnç), uzun süreli hafif kullanımdan kaynaklanan lityum metal birikintilerini vb. içerir. Zaman geçtikçe, bu tür dahili nedenlerden kaynaklanan dahili kısa devre riski giderek artacaktır.
Mekanik hasar, lityum pil monomerinin ve pil paketinin dış kuvvetin etkisi altında deforme olması ve farklı parçalarının göreceli yer değiştirmesi anlamına gelir. Elektrik hücresine karşı başlıca hasar biçimleri arasında çarpışma, ezilme ve delinme bulunur. Örneğin, yüksek hızda giden bir aracın temas ettiği yabancı bir cisim, pilin iç diyaframının çökmesine doğrudan yol açarak pil içinde kısa devreye ve kısa süre içinde kendiliğinden tutuşmaya neden olur.
Lityum pillerin elektriksel olarak kötüye kullanımı genellikle harici kısa devre, aşırı şarj, aşırı deşarj gibi çeşitli biçimleri içerir ve en olası sonuç aşırı şarj nedeniyle termal kaçışa dönüşmesidir. Harici kısa devre, hücrenin dışında farklı basınca sahip iki iletkenin birbirine bağlanmasıyla oluşur. Pil paketlerindeki harici kısa devreler, araç çarpışmaları, suya batma, iletken kirlenmesi veya bakım sırasında elektrik çarpması nedeniyle oluşan deformasyondan kaynaklanabilir. Tipik olarak, harici kısa devreden açığa çıkan ısı, delinmenin aksine pili ısıtmaz. Harici kısa devre ile termal kaçış arasındaki önemli bağlantı, sıcaklığın aşırı ısınma noktasına ulaşmasıdır. Harici kısa devreden kaynaklanan ısı iyi bir şekilde dağıtılamadığında pil sıcaklığı yükselir ve yüksek sıcaklık termal kaçışı tetikler. Bu nedenle, kısa devre akımını kesmek veya fazla ısıyı dağıtmak, harici kısa devrenin daha fazla hasara yol açmasını önlemenin yollarıdır. Aşırı şarj, aşırı enerji nedeniyle, elektriksel kötüye kullanımın en büyük tehlikelerinden biridir. Isı ve gaz oluşumu, aşırı şarj işleminin iki yaygın özelliğidir. Isı oluşumu, ohmik ısı ve yan reaksiyonlardan kaynaklanır. İlk olarak, aşırı lityum gömülmesi nedeniyle anot yüzeyinde lityum dendritleri oluşur.
Isı kaçışına karşı koruma önlemleri:
Çekirdeğin termal kaçışını önlemek için kendiliğinden oluşan ısı aşamasında iki seçeneğimiz var: Birincisi, çekirdeğin malzemesini iyileştirmek ve yükseltmek; termal kaçışın özü esas olarak pozitif ve negatif elektrot malzemelerinin ve elektrolitin stabilitesinde yatmaktadır. Gelecekte, katot malzemesi kaplamasında, modifikasyonunda, homojen elektrolit ve elektrot uyumluluğunda ve çekirdeğin termal iletkenliğinin iyileştirilmesinde daha büyük atılımlar yapmamız gerekiyor. Veya alev geciktirici etki gösteren yüksek güvenlikli bir elektrolit seçmeliyiz. İkincisi, verimli termal yönetim çözümlerini benimsemek gereklidir.PTC Soğutma Suyu Isıtıcısı/ PTC Hava Isıtıcısı(Dışarıdan uygulanan) Lityum iyon pilin sıcaklık artışını bastırarak, hücrenin SEI filminin çözünme sıcaklığına ulaşmasını engeller ve böylece termal kaçışın meydana gelmesini önler.
Yayın tarihi: 17 Mart 2023
