La fuga termica delle batterie al litio è infatti un fenomeno inevitabile, principalmente a causa delle proprietà chimiche altamente reattive del litio metallico, che rendono la lavorazione, lo stoccaggio e l’utilizzo del litio metallico altamente impegnativi dal punto di vista ambientale.
1. Ragioni dell'instabilità termica delle batterie al litio
1.1 Cortocircuito interno: Quando si verifica un cortocircuito tra i poli positivo e negativo all'interno della batteria, viene generata una grande quantità di calore, che provoca un rapido aumento della temperatura della batteria e una generazione di calore incontrollata. I cortocircuiti possono essere causati da difetti nel processo di produzione della batteria, rottura della membrana causata dall'invecchiamento della batteria o crescita di dendriti che penetrano nella membrana.
1.2 Sovraccarico: Quando una batteria è sovraccarica, l'elettrolito interno subirà una reazione di decomposizione, producendo una grande quantità di gas e calore, portando ad un rapido aumento della temperatura della batteria e provocando una fuga termica. Il sovraccarico può essere causato da un malfunzionamento del caricabatterie, da un guasto del sistema di gestione della batteria (BMS) o da un utilizzo improprio da parte dell'utente.
1.3 Danni esterni:Quando la batteria viene danneggiata da un impatto, compressione o foratura, l'elettrolito interno fuoriesce e reagisce chimicamente con l'ossigeno presente nell'aria, producendo una grande quantità di calore e gas, portando a un rapido aumento della temperatura della batteria e provocando una fuga termica.
1.4 Invecchiamento della batteria: Quando la batteria viene utilizzata per un periodo di tempo più lungo, l'elettrolito interno si decomporrà e invecchierà gradualmente, determinando una diminuzione della capacità della batteria, un aumento della resistenza interna e un deterioramento delle prestazioni di dissipazione del calore, che alla fine potrebbe portare a una fuga termica. della batteria.
1.5 Ambiente ad alta temperatura:Il funzionamento a lungo termine delle batterie al litio in ambienti ad alta temperatura può causare un continuo aumento della temperatura interna della batteria, con conseguente riscaldamento incontrollato.
2. Contromisure per l'instabilità termica delle batterie al litio
2.1 Migliorare la precisione di produzione delle batterie:Controllare rigorosamente la qualità delle piastre degli elettrodi e dei separatori nel processo di produzione. Vengono utilizzate apparecchiature di taglio ad alta precisione per garantire che il polarizzatore sia privo di sbavature e vengono utilizzati metodi avanzati di ispezione della qualità per garantire l'integrità e l'uniformità del diaframma.
2.2 Ottimizzare la selezione e il rapporto dei materiali: Scegliere materiali ed elettroliti stabili per elettrodi positivi e negativi. Per i materiali degli elettrodi positivi, pur soddisfacendo i requisiti di densità energetica, si dovrebbe dare priorità ai sistemi di materiali con buona stabilità termica. Allo stesso tempo, selezionare materiali per elettrodi negativi che possano formare una pellicola SEI stabile e regolare ragionevolmente la composizione dell'elettrolita, aggiungendo alcuni additivi termicamente stabili per sopprimere la decomposizione dell'elettrolita.
2.3 Rafforzare il controllo di qualità dell'assemblaggio della batteria: Stabilire processi e standard di assemblaggio rigorosi, garantire un assemblaggio accurato di componenti come elettrodi e separatori attraverso apparecchiature di assemblaggio automatizzate ed eseguire severi test di tenuta sulle batterie assemblate.
2.4 Metodi corretti di carica e scarica:Utilizzare un caricabatterie che soddisfi le specifiche della batteria per evitare il sovraccarico e lo scaricamento eccessivo. Per le apparecchiature con batterie al litio, è necessario impostare tensioni di interruzione di carica e scarica ragionevoli e algoritmi di carica intelligenti dovrebbero essere incorporati nel software del dispositivo o nell'apparecchiatura di ricarica per regolare dinamicamente la corrente e la tensione di carica in base allo stato della batteria.
2.5 Controllare la temperatura dell'ambiente di utilizzo:Cercare di evitare l'uso e la conservazione delle batterie in ambienti ad alta temperatura. Se la batteria viene applicata ad apparecchiature in ambienti ad alta temperatura, è necessario installare dispositivi efficaci di dissipazione del calore come dissipatori di calore, ventole, ecc.
2.6 Ispezione e manutenzione regolari:Per le apparecchiature con batterie al litio utilizzate per un lungo periodo, la batteria deve essere ispezionata regolarmente, compresa l'ispezione visiva (per rigonfiamenti, perdite, ecc.) e test delle prestazioni (per indicatori come capacità e resistenza interna).
3. Strategie di risposta nazionali e industriali all'instabilità termica delle batterie al litio
3.1 Migliorare gli standard di difesa: Il National Fire and Rescue Bureau e altri dipartimenti competenti hanno proposto di migliorare gli standard di prevenzione degli incendi negli edifici, trasformare i concetti di prevenzione e controllo degli incendi e ridurre i danni causati dall’instabilità termica delle batterie al litio.
3.2 Rafforzare le scoperte tecnologiche: IncoraggiareOspitiamo produttori e imprese correlate per rafforzare la ricerca e lo sviluppo tecnologico, migliorare i processi di produzione e migliorare le prestazioni di sicurezza di materiali chiave come elettroliti e membrane.
3.3 Promuovere nuove tecnologie per le batterie:Le batterie allo stato solido e altre nuove tecnologie di batterie hanno una densità energetica più elevata e prestazioni più stabili, diventando un punto caldo di ricerca per i veicoli a nuova energia. Sebbene il processo di produzione delle batterie allo stato solido sia complesso e costoso, con il continuo progresso della tecnologia e la riduzione dei costi, si prevede che in futuro sostituirà le batterie liquide e ridurrà il rischio di fuga termica.
4. Il percorso di sviluppo della tecnologia di sicurezza delle batterie al litio è ancora lungo
Con la diffusa applicazione delle batterie agli ioni di litio nei veicoli elettrici, nei sistemi di accumulo di energia, nei dispositivi elettronici portatili e in altri campi, anche i problemi di sicurezza hanno ricevuto crescente attenzione.
4.1 Ricerca e innovazione dei materiali delle batterie:
Attualmente, le batterie agli ioni di litio si basano principalmente su materiali per elettrodi positivi come ossido di litio-cobalto e ossido di litio-nichel-manganese-cobalto, nonché materiali per elettrodi negativi a base di grafite o silicio. Questi materiali possono comportare rischi per la sicurezza come instabilità termica e cortocircuiti durante il processo di carica e scarica.
Pertanto, la ricerca di materiali per batterie più sicuri e stabili è una direzione importante per la tecnologia di sicurezza delle batterie al litio. Ad esempio, le batterie allo stato solido hanno attirato molta attenzione grazie alla loro maggiore densità energetica e alla migliore sicurezza.
4.2 Ottimizzazione del sistema di gestione della batteria (BMS):
Il BMS è uno dei componenti principali dei pacchi batteria agli ioni di litio, responsabile del monitoraggio della tensione, della corrente, della temperatura e di altri parametri del pacco batteria e del controllo della carica e dello scaricamento in base a questi parametri.
Ottimizzando l'algoritmo BMS e la progettazione hardware, è possibile migliorare la sicurezza del pacco batteria. Ad esempio, monitorando lo stato di salute del pacco batteria in tempo reale, è possibile avvisare e affrontare tempestivamente potenziali problemi di sicurezza.
4.3 Progressi nella tecnologia di gestione termica della batteria:
Le batterie agli ioni di litio generano calore durante il funzionamento e, se il calore non viene dissipato in modo tempestivo, può causare un aumento della temperatura della batteria, con conseguenti problemi di sicurezza.
Pertanto, la ricerca di una tecnologia di gestione termica della batteria più efficiente è anche una direzione importante per la tecnologia di sicurezza delle batterie al litio. Ad esempio, adottando il raffreddamento a liquido, il raffreddamento ad aria e altri metodi di dissipazione del calore, nonché sviluppando soluzioni integrate più efficienti per i sistemi di gestione termica.
4.4 Miglioramento della tecnologia di produzione e test delle batterie:
Il processo di produzione delle batterie agli ioni di litio ha un impatto significativo sulla loro ssicurezza. Ad esempio, difetti e impurità all'interno della batteria possono causare problemi di sicurezza.
Pertanto, anche il miglioramento del controllo qualità e della tecnologia di test nel processo di produzione delle batterie è una parte importante della tecnologia di sicurezza delle batterie al litio. Adottando apparecchiature di produzione e metodi di test più avanzati, è possibile ridurre i difetti e le impurità all'interno della batteria e migliorarne la sicurezza.
4.5 Formulazione e miglioramento di regolamenti e standard:
Con la diffusa applicazione delle batterie agli ioni di litio, le normative e gli standard pertinenti vengono costantemente migliorati. Questi regolamenti e standard forniscono requisiti e norme chiari per la sicurezza delle batterie agli ioni di litio.
Pertanto, anche il rafforzamento della formulazione e il miglioramento delle normative e degli standard rappresenta una direzione importante per lo sviluppo della tecnologia di sicurezza delle batterie al litio. Formulando norme e standard più severi, è possibile promuovere il progresso e il miglioramento continui della tecnologia di sicurezza delle batterie al litio.