1. Mecanwaith proses rhedeg i ffwrdd thermol mewn batris lithiwm-ion
Mae batris lithiwm yn cael eu ffurfio trwy fewnosod ïonau lithiwm i mewn i garbon (golosg petrolewm a graffit) i ffurfio electrod negyddol. Defnyddir LixCoO2 yn gyffredin fel y deunydd electrod positif, tra bod LixNiO2 a LixMnO4 hefyd yn cael eu defnyddio. Mae LiPF6+diethylen carbonate (EC)+dimethyl carbonate (DMC) yn cael ei ddefnyddio fel yr electrolyte. Mae'r prif ffactorau sbarduno ar gyfer rhediad thermol yn cynnwys difrod mecanyddol, gordalu, cylchedau byr mewnol, ac ati. O dan ddylanwad amrywiol ffactorau, mae'r deunyddiau gweithredol y tu mewn i fatris lithiwm-ion yn cael adweithiau ecsothermig treisgar, ac mae tymheredd mewnol y batri yn fwy na'r ystod y gellir ei reoli. , yn y pen draw yn arwain at redeg i ffwrdd thermol. Mae'r adweithiau cemegol ecsothermig sy'n digwydd y tu mewn i'r batri lithiwm-ion yn cynnwys dadelfennu mwgwd wyneb rhyngwyneb electrolyt solet SEI, yr adwaith rhwng y deunydd gweithredol negyddol a'r electrolyte, yr adwaith rhwng y deunydd gweithredol negyddol a'r rhwymwr, a'r adwaith dadelfennu ocsideiddio o'r electrolyt.
Yn ystod y broses codi tâl a gollwng batris lithiwm-ion, bydd y carbonad finyl ar ryngwyneb cyfnod solet y deunydd gweithredol electrod yn adweithio â'r electrod lithiwm negyddol, gan ffurfio haen o ffilm SEI ar yr wyneb adlyniad graffit. Gall y bilen hon arafu'n uniongyrchol neu hyd yn oed atal yr adwaith rhwng yr electrolyte a'r deunyddiau gweithredol ar ddwy ochr yr electrod, gan leihau'n sylweddol ei gyfradd ecsothermig a gwella sefydlogrwydd y deunyddiau electrod positif a negyddol.
Wrth i'r tymheredd godi i 90-120 gradd, mae'r ffilm SEI yn dechrau dadelfennu, ac yna adwaith ecsothermig rhwng yr electrolyte a'r deunydd gweithredol electrod negyddol. Gan gymryd finyl carbonad fel enghraifft, dangosir y broses adwaith yn hafaliadau (1) a (2):
Yn ystod yr adwaith ecsothermig, mae tymheredd mewnol y batri yn cynyddu'n raddol. Yn seiliedig ar y defnydd o wahanol ddeunyddiau diaffram, mae eu pwyntiau toddi hefyd yn amrywio. Mae gan y diaffram polypropylen cyffredin bwynt toddi o 165 gradd ac mae gan y deunydd polyethylen bwynt toddi o 135 gradd. Ar ôl cyrraedd tymheredd pwynt toddi y deunydd gwahanydd, mae'r gwahanydd mewnol yn cael crebachiad lleol, gan achosi cyswllt uniongyrchol rhwng y deunyddiau electrod positif a negyddol y tu mewn i'r batri, gan arwain at gylched fer a chynhyrchu llawer iawn o wres. Mae'r swm mawr o wres a gynhyrchir gan y cylched byr yn achosi i'r diaffram gyfangu'n gyflym, gan waethygu'r adwaith ecsothermig ymhellach.
Ar yr un pryd, yn yr ystod tymheredd lle mae'r ffilm SEI yn dadelfennu ac yn cael adweithiau ecsothermig, mae halwynau lithiwm hefyd yn cael adweithiau ecsothermig dwys gyda'r electrolyte. Mae mathau cyffredin o ddeunyddiau gweithredol ar gyfer batris lithiwm-ion yn cynnwys hexafluorophosphate lithiwm (LiPF6), tetrafluoroborate lithiwm (LiBF4), ac ati Mae lithiwm hexafluorophosphate yn dadelfennu ar dymheredd uchel i gynhyrchu PF5, sy'n adweithio ymhellach gyda'r toddydd i gymryd atomau ocsigen y CO bondio a chael adwaith ecsothermig treisgar, gan gyflymu dadelfeniad yr electrolyt ymhellach. Ar yr un pryd, mae'r adwaith lleihau ocsidiad rhwng hexafluorophosphate lithiwm a thoddydd hefyd yn rhyddhau'r asid hydrofluorig nwy gwenwynig iawn (HF). Dangosir y broses adwaith benodol mewn hafaliadau (3) i (5):
O fewn yr un ystod tymheredd, mae'r electrolyte ei hun yn cael adwaith dadelfennu ac yn rhyddhau ychydig bach o nwy hylosg. Wrth ddefnyddio calorimetreg cyfradd i ddadansoddi'r broses rhediad thermol, canfuwyd bod y nwyon a gynhyrchir gan ddadelfennu electrolyte yn cynnwys C2H4, CO, a H2 yn bennaf. Mae'r electrolyte yn cael ei anweddu'n gyflym ac yn cynyddu pwysau mewnol y batri. Pan fydd y pwysau mewnol yn cyrraedd terfyn y falf rhyddhad pwysau, bydd llawer iawn o nwy hylosg yn cael ei daflu allan, gan waethygu lledaeniad rhediad thermol ymhellach. Mae'r gwres a gynhyrchir gan hylosgiad cyflawn o electrolyt yn llawer mwy na'r gwres a ryddhawyd gan adwaith dadelfennu. Gan gymryd carbonad ethylene (EC) a carbonad propylen (PC) fel enghreifftiau, mae prosesau adwaith ocsidiad electrolyte (6) ~ (7) ac ocsidiad anghyflawn (8) ~ (9) fel a ganlyn:
Wrth i dymheredd mewnol y batri gynyddu'n raddol, mae deunydd gweithredol yr electrod positif yn dechrau dadelfennu. Yn seiliedig ar y defnydd o wahanol ddeunyddiau gweithredol, mae'r tymheredd y mae adweithiau ecsothermig yn digwydd hefyd yn amrywio. Mae dadelfeniad y deunydd gweithredol electrod positif yn cynhyrchu ocsigen, sydd wedyn yn cymryd rhan yn yr adwaith gyda'r deunydd gweithredol mewnol, gan gynhyrchu llawer iawn o nwy y tu mewn i'r batri. Mae'r broses adwaith fel a ganlyn:
Pan fydd y tymheredd yn uwch na 136 gradd, bydd y rhwymwr fflworid polyvinylidene (PVDF) yn adweithio â lithiwm i gynhyrchu nwy hydrogen. Mae'r broses adwaith fel a ganlyn:
Ac eithrio'r ffilm SEI yn toddi ac yn amsugno gwres, mae'r adweithiau cemegol uchod i gyd yn adweithiau ecsothermig. Mae rhyddhau gwres dadelfennu electrolyte, gwahanydd, deunydd gweithredol batri, a gludiog yn cyfrif am 43.5%, 30.3%, 20.1%, a 6.2% o'r cyfanswm rhyddhau gwres, yn y drefn honno. Yr adwaith rhwng deunyddiau gweithredol cadarnhaol a negyddol y batri a'r electrolyte yw'r ffynhonnell wres fwyaf.
2. Ffactorau sy'n achosi rhediad thermol mewn batris lithiwm-ion
Gellir dosbarthu ffactorau sbarduno rhediad thermol mewn batris lithiwm-ion yn dri chategori: cam-drin mecanyddol (tyllu nodwydd, dadffurfiad cywasgu, gwrthdrawiad allanol), cam-drin trydanol (gor-wefru a gor-ollwng, cylched byr), a cham-drin thermol (system rheoli thermol methiant). Gall cam-drin mecanyddol achosi cylchedau byr mewnol yn hawdd mewn batris lithiwm, gan arwain at redeg i ffwrdd thermol; Wrth gamddefnyddio trydan, gall gorwefru a gollwng batris achosi adweithiau ochr fewnol, gan arwain at orboethi'r celloedd batri yn lleol ac achosi rhediad thermol; Mae cylched byr allanol yn gyflwr peryglus o ollwng batris yn gyflym, lle mae cerrynt hynod o uchel yn achosi gwresogi cyflym a hyd yn oed yn ffiwsio terfynellau'r batri; Yn y cyflwr o gam-drin thermol, mae methiant y system rheoli thermol yn aml yn sbarduno crebachiad a dadelfennu'r diaffram mewnol, gan arwain yn y pen draw at gylchedau byr mewnol a rhediad thermol.
Yn ogystal, mae cyflwr y batri ei hun hefyd yn un o'r ffactorau pwysig sy'n achosi rhediad thermol. Gyda'r cynnydd mewn cylchoedd gwefru a rhyddhau batri ac anwythiad amhureddau wedi'u cymysgu yn ystod cynhyrchu dendrit, cynhyrchir adweithiau ochr andwyol fel dendritau metel, sy'n hawdd tyllu'r gwahanydd ac yn achosi cylchedau byr lleol yn y batri.
2.1 Ymchwil ar ffo thermol batri a achosir gan gam-drin thermol
Yn ôl y model electrochemical coupling thermol overcharge dianc gwres o batris lithiwm-ion a sefydlwyd mewn llenyddiaeth, mae batris lithiwm-ion fel arfer yn dechrau hunangynhesu pan fydd y tymheredd yn cyrraedd 80 gradd. Pan fydd gwres y batri yn gorlifo ac na ellir ei ryddhau'n effeithiol, bydd rheolaeth thermol y batri yn arwain at gynnydd na ellir ei reoli yn nhymheredd y batri, a fydd yn gwasgaru o gelloedd unigol lleol i'r pecyn batri pŵer, gan achosi cyfres o adweithiau ochr a rhediad thermol.
Nid yw cam-drin thermol yn digwydd yn ddigymell y tu mewn i'r batri. Yn aml, oherwydd cam-drin mecanyddol neu resymau eraill, mae tymheredd mewnol y batri yn codi i drothwy, ac mae ardaloedd lleol y batri yn cael eu gwresogi, gan arwain at gam-drin thermol a sbarduno rheolaeth tymheredd ymhellach a hunan danio'r batri.
Ar yr un pryd, defnyddiwyd rhediad thermol hefyd fel dull ymchwil ar gyfer profi prosesau rhedeg batri arbrofol a chanfod nodweddion diogelwch yn ystod rhediad thermol batri. Yn 1999, KITOH et al. cynnal ymchwil ar fonitro nodweddion diogelwch rhediad thermol batris pŵer ynni penodol uchel yn seiliedig ar ddulliau gwresogi allanol. Ers hynny, mae'r dull ynni adiabatig wedi'i ddefnyddio'n helaeth i brofi trothwy tymheredd rhedeg i ffwrdd thermol batris lithiwm-ion. Mae'r ymchwil gyfredol ar gam-drin thermol yn seiliedig yn bennaf ar gynnau ymbelydredd allanol batris. Sefydlodd Liu Mengmeng fodel cynhyrchu gwres dros dro aml-mewndarddol a model cyplu thermol electrocemegol. Yn seiliedig ar y dull gwresogi ymbelydredd, astudiwyd nodweddion diogelwch batris ar ôl hunan danio a achosir gan gam-drin thermol. Canfuwyd y gellir rhannu hylosgiad batri yn dri cham, sef hylosgiad chwistrellu, hylosgiad sefydlog, a hylosgiad pigiad eilaidd. Mae LI et al. astudio effaith cerrynt rhyddhau ar dymheredd o dan gefndir rhediad thermol a achosir gan gam-drin thermol. Canfuwyd pan fydd y cerrynt rhyddhau yn gyson, mae'r golled ansawdd, paramedrau nodweddion diogelwch, tymheredd cychwyn rhediad thermol, a thymheredd brig yn ystod y broses rhediad thermol i gyd yn dibynnu ar gapasiti'r batri.
2.2 Ymchwil ar rediad thermol batris a achosir gan gamddefnyddio trydanol
Mae achosion cyffredin rhediad thermol batri yn cynnwys gorwefru a gollwng, cylchedau byr mewnol, cylchedau byr allanol, ac ati.
(1) Gor-dâl a gor-ollwng
Yn ystod cwblhau cylch rhyddhau tâl mewn batri lithiwm-ion, bydd system rheoli batri BMS fel arfer yn rhwystro'r cerrynt codi tâl yn seiliedig ar gyflwr y tâl. Pan fydd y system BMS yn methu, gall codi gormod ar y batri achosi damweiniau hunan danio difrifol yn hawdd. Ar ôl cyrraedd y trothwy SOC wrth godi tâl, bydd metel lithiwm yn cadw at wyneb y deunydd gweithredol electrod negyddol, a bydd y lithiwm sydd ynghlwm yn adweithio â'r electrolyte ar dymheredd penodol, gan ryddhau llawer iawn o nwy tymheredd uchel. Ar yr un pryd, mae'r deunydd gweithredol electrod positif yn dechrau toddi oherwydd tynnu gormod o lithiwm a gwahaniaeth potensial mawr gyda'r electrod negyddol. Unwaith y bydd y potensial electrod positif yn fwy na foltedd diogel yr electrolyte, bydd yr electrolyte hefyd yn cael adwaith ocsideiddio gyda'r deunydd gweithredol electrod positif. Yn ystod y broses gordalu, gall cyfres o adweithiau ochr fel gwresogi Ohmic a gorlif nwy ddigwydd, gan waethygu'r digwyddiad o redeg i ffwrdd thermol.
Mae'r nwy sy'n cael ei ryddhau wrth godi gormod o fatris lithiwm-ion yn cynnwys CO2, CO, H2, CH4, C2H6, a C2H4 yn bennaf, ac mae cyfaint nwy a gwres yn cynyddu gyda chynnydd yn y cerrynt gwefru. Trwy ddefnyddio calorimedr carlam a dadansoddwr cylch batri ar gyfer dadansoddi ar y cyd, mae'r arbrawf yn dangos bod y perygl o godi gormod yn seiliedig ar foltedd cyson cyfredol cyson yn llawer mwy na'r perygl o godi gormod yn uniongyrchol â cherrynt cyson. Yn seiliedig ar berfformiad overcharge electrod positif cyfansawdd ac electrod negyddol graffit mewn gwahanol amgylcheddau arbrofol, mae Ren et al. ystyried yn gynhwysfawr effeithiau cerrynt codi tâl, deunydd gwahanydd, a system afradu gwres. Canfu'r astudiaeth nad yw maint y gwres a ryddhawyd wrth godi gormod o fatris NCM yn gysylltiedig yn agos â maint y cerrynt gwefru. Pwynt toddi gwahanol ddeunyddiau gwahanydd ac anffurfiad a chwyddo'r batri yw'r prif ffactorau sy'n achosi rhediad thermol batris lithiwm-ion. Mae Wang et al. dadansoddi'r llwybr lluosogi thermol a llwybr gorlifo nwy tymheredd uchel o fatris lithiwm wedi'u gordalu, a chanfuwyd bod y gwres a gynhyrchir gan yr adwaith rhwng dyddodiad lithiwm ac electrolyte yn ystod gordaliad batri yn cyfrif am fwy na 43%. Roedd Zhang et al. astudio mecanwaith diraddio capasiti pecyn batri yn seiliedig ar foltedd gwahaniaethol cynhwysedd cynyddrannol a chanfuwyd nad oedd gordal sengl fawr o effaith ar gapasiti batri, ond ar ôl gor-godi tâl hyd nes y delithiated electrod positif deunydd gweithredol, byddai'n effeithio'n ddifrifol ar sefydlogrwydd thermol y pecyn batri.
Mae'r niwed a achosir gan or-ollwng yn llawer llai. Mae'n anodd achosi i'r batri redeg i ffwrdd yn thermol yn gynnar, ond gall effeithio ar gapasiti'r batri. Dywedodd Zhou Ping et al. astudio nodweddion rhyddhau nicel cobalt manganîs NCM batris lithiwm teiran ar ôl gor-ollwng. Yn ystod y broses rhyddhau statig, mae gradd y cylched byr y tu mewn i'r batri lithiwm NCM yn lleihau, mae'r gwrthiant yn cynyddu, ac mae'r cerrynt rhyddhau yn gostwng. Mae arbrofion wedi dangos po fwyaf yw dyfnder y gollyngiad, y mwyaf yw gradd gwanhau celloedd unigol y tu mewn i'r pecyn batri. Ma et al. a ddarganfuwyd yn yr arbrawf overdischarge o batris lithiwm nad yw overdischarge yn newid strwythur deunyddiau gweithredol y batri, ond gall achosi diddymiad y casglwr cerrynt electrod negyddol, cynyddu trwch y ffilm SEI, a chyflymu heneiddio'r batri. Dangosir nodweddion ymddygiad batri lithiwm-ion dros y broses ryddhau yn y ffigur.
(2) Cylched byr allanol
Mae cylchedau byr allanol hefyd yn achos pwysig o redeg i ffwrdd thermol mewn batris pŵer. Roedd Chen et al. datblygu model cyplu thermol trydan newydd yn seiliedig ar y cyfuniad o gynhyrchu gwres, dosbarthu, a modelau lluosogi. Mae ymchwil wedi dangos bod tymheredd brig batris lithiwm-ion o dan amodau cylched byr allanol yn bodoli ar ymyl y glust electrod. Ma Taixiao et al. Canfuwyd, yng nghyflwr cylched byr allanol batris pŵer, bod y gwres a gynhyrchir gan adweithiau ochr yn llawer llai na'r gwres a gynhyrchir gan electrocemeg, ac mae'r gwres a gynhyrchir gan electrocemeg yn cydberthyn yn gadarnhaol â'r SOC cychwynnol, ond yn cydberthyn yn negyddol â'r brig tymheredd straen thermol.
(3) Cylched byr mewnol
Cylched fer fewnol, sy'n digwydd y tu mewn i'r batri ac sy'n anodd ei ganfod gan y system BMS, yw prif achos rhediad thermol mewn batris lithiwm-ion. Pan fydd y batri yn cael ei or-wefru neu ei or-ollwng, mae dendritau lithiwm yn tyfu'n raddol i dreiddio i'r ffilm SEI, gan achosi cylchedau byr mewnol ac arwain yn gyflym at godiad tymheredd na ellir ei reoli a rhediad thermol. Yn ogystal, gall difrod dellt neu burrs casglwr cyfredol a achosir gan brosesau gweithgynhyrchu garw o fatris hefyd arwain at gylchedau byr mewnol.
2.3 Ymchwil ar rediad thermol batris a achosir gan gam-drin mecanyddol
Wrth gymhwyso batris pŵer modurol, mae methiannau mecanyddol yn anochel yn cael eu hachosi gan ddamweiniau. Os yw'r pecyn batri yn cael ei ddadffurfio gan rymoedd allanol megis tyllu a chywasgu, gall achosi newidiadau strwythurol mewnol a hyd yn oed arwain at redeg thermol oherwydd cyswllt uniongyrchol rhwng y polion positif a negyddol o dan straen eithafol. Felly, mae angen cynnal ymchwil ar ffo thermol batri a achosir gan gam-drin mecanyddol, ac ymhlith y rhain mae Fan Wenjie a Xu Huiyong wedi cynnal ymchwil ar ffo thermol a achosir gan gam-drin mecanyddol yn seiliedig ar fodelu elfen gyfyngedig a dadansoddiad monitro rhifiadol.
Mae Wang et al. cynnal astudiaeth ar y newidiadau trawstoriadol y pecyn batri ar ôl gwrthdrawiad yn seiliedig ar pecyn meddal batris lithiwm-ion. Canfu'r arbrawf tyllu bod nifer fawr o anffurfiannau lleol a haenau torri asgwrn cneifio yn ymddangos y tu mewn i'r pecyn batri yn ystod y broses twll, a rhwygo'r casglwr presennol a deunydd gweithredol electrod positif, yn ogystal ag aildrefnu strwythur mewnol y batri pecyn, a achosir gan y twll y gwahanydd, oedd y rhesymau sylfaenol dros y cylched byr rhediad thermol y tu mewn i'r batri. Oen et al. astudio cyflwr anffurfio 18650 batris lithiwm-ion silindraidd o dan amodau twll yn seiliedig ar dechnoleg tomograffeg gyfrifiadurol. Canfu'r arbrawf fod y ffenomen ymdreiddiad rhwng yr electrodau positif a negyddol yn gwaethygu cylchedau byr mewnol. Yn ystod y cylched byr, mae'r ffoil alwminiwm sydd ynghlwm yn toddi, gan ffurfio nifer fawr o gleiniau metel yn y crac twll. Mae Li et al. sefydlu modelau dadansoddi elfennau meidraidd ar gyfer gwahanol gyflyrau cam-drin mecanyddol yn seiliedig ar dyllu, cywasgu, ac ati, a datblygu algorithm dysgu ar gyfer rhagfynegi proses redeg i ffwrdd thermol batris gan ddefnyddio paramedrau batris gwastraff. Dadansoddwyd effaith cam-drin mecanyddol ar ddiogelwch batris lithiwm-ion yn seiliedig ar wyth math o baramedrau, gan gynnwys grym effaith, ongl gwrthdrawiad, ac ystod anffurfiad, gan leihau cymhlethdod cyfrifiannol yn sylweddol.
Mae'r cam-drin mecanyddol sy'n digwydd mewn cymwysiadau ymarferol yn fwy cymhleth nag arbrofion sengl megis tyllu a chywasgu. Ni all dibynnu ar efelychiad arbrofol yn unig astudio nodweddion diogelwch cam-drin mecanyddol batri yn ddwfn. Yr ateb sylfaenol yw gwneud y gorau o'r sefyllfa gosod batri, gosod system BMS ddibynadwy, a gwneud y gorau o ddyluniad ffrâm y cerbyd wrth ddylunio'r pecyn batri pŵer, er mwyn lleihau anffurfiad a chywasgu'r pecyn batri pŵer os bydd gwrthdrawiad. .
3. Mesurau a dulliau ataliol ar gyfer rhediad thermol batris lithiwm-ion
Gyda'r nod o rwystro, gohirio ac atal rhediad thermol batris pŵer, mae llawer o ysgolheigion wedi cynnal ymchwil ar reolaeth thermol pecyn batri, dyluniad strwythur pecyn batri cryfder uchel, ac agweddau eraill.
3.1 Dyluniad diogelwch batris unigol
(1) Ymchwil ar Ddiogelwch Dylunio Diaffram
Craidd gwella diogelwch y diaffram yw cynyddu'r tymheredd y mae'r diaffram yn cyfangu ac yn toddi, gan wella ei allu ynysu tymheredd uchel. Mae gallu ynysu tymheredd uchel y diaffram yn sicrhau bod ei micropores yn cael eu selio mewn amgylchedd tymheredd uchel, gan rwystro llif ïonau lithiwm. Yn gyffredinol, mae'r deunyddiau diaffram a ddefnyddir yn eang wedi'u gorchuddio â haenau ceramig neu ddeunyddiau eraill ag effeithiau celloedd caeedig.
(2) Ymchwil ar Ddiogelwch Deunyddiau Electrod Positif
Y deunyddiau gweithredol electrod positif lithiwm-ion mwyaf cyffredin a ddefnyddir yn y farchnad batri pŵer yn gyffredinol yw LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4, LiNixCoyMnzO2 (NCM), ac ati Gan ddefnyddio deunyddiau i orchuddio'r electrod positif i rwystro a lleddfu adweithiau ochr ffo thermol, gwella beicio batri a sefydlogrwydd thermol, megis ZrO2 ac AlF3. Roedd Zhang et al. datblygu deunydd NCM teiran haenog yn seiliedig ar ddosbarthiad graddiant crynodiad atomig, gyda Ni fel y craidd a Mn yn gorchuddio haen allanol y gronynnau sydd ynghlwm. Mae profion wedi dangos y gall gynnal sefydlogrwydd seiclo a thermol da hyd yn oed o dan amodau tymheredd uchel a gordaliad lluosog.
(3) Ymchwil ar Ddiogelwch Deunyddiau Electrod Negyddol
Mae gwella diogelwch electrod negyddol yn cael ei gyflawni'n bennaf trwy orchuddio deunydd neu ychwanegu ychwanegion i'r electrolyte i wella sefydlogrwydd thermol y ffilm SEI. Roedd Xu et al. ychwanegu GaSnIn aloi hylif i'r electrolyte i wella sefydlogrwydd thermol y batri. Mae'r arbrawf yn dangos bod yr haen SEI graddiant parod yn lleihau polareiddio foltedd yn fawr ac yn gwella effeithlonrwydd Coulomb i 99.06%. Mae Zheng et al. paratoi pilen nanofiber aramid tra-denau (ANF) i atal twf dendrit lithiwm. Yn y prawf arbrofol, o dan amgylchedd dwysedd cerrynt uchel o 50mA/cm2, cynhwysedd yr ANF-Li|Gostyngodd batri llawn LiFePO4 i 80.2% ar ôl 1200 o gylchoedd. Ac am y tro cyntaf, darganfuodd ei ymchwil dyddodiad lithiwm ffibrog, ac roedd y bilen ANF a baratowyd â mandyllau nanoscale yn hyrwyddo trylediad electrolyte, cyflymodd effeithlonrwydd trafnidiaeth lithiwm, a dileu anfanteision dendritau lithiwm maint micromedr sy'n treiddio i'r bilen.
(4) Ymchwil i Ddiogelwch Electrolytes
Mae'r rhan fwyaf o ddamweiniau rhediad thermol yn cynnwys electrolyt, ac mae gwella diogelwch electrolytau i atal rhediad thermol yn hanfodol. Mae atalyddion fflam, sylweddau polymer solet, neu hylifau ïonig yn aml yn cael eu hychwanegu at yr electrolyte fel ychwanegion gwrth-orlenwi. Carbonad ethylene fflworinedig (FEC) yw'r ychwanegyn electrolyte mwyaf cyffredin, sydd â'r fantais o wella effeithlonrwydd Coulombic o dynnu lithiwm cildroadwy yn yr electrod negyddol trwy newid cyfansoddiad ffilm SEI. Mae Li et al. dylunio ffilm SEI electrolyt solet-haen dwbl crisialog a pholymer interphase gan ddefnyddio difluoroborate lithiwm (LiDFOB) fel y prif halen mewn electrolyt ffosffad cymysg. Dangosodd yr arbrawf gwrth-fflam fod amser diffodd yr electrolyt gwrth-fflam hunan-ddiffodd yn 6.1 eiliad, ac effeithlonrwydd cildroadwy Li oedd 98.2%. Ar ôl 150 o gylchoedd rhyddhau tâl, roedd yn dal i gynnal 89.7% o gapasiti'r batri.
3.2 Diogelu diogelwch a dyluniad optimeiddio system batri pŵer
(1) Optimeiddio dyluniad strwythur pecyn batri
Mae dyluniad strwythur pecyn batri ac optimeiddio safle gosod cerbydau yn hanfodol ar gyfer gwella diogelwch. Roedd Chen et al. cynnal arbrawf dosbarthu ar effaith ystod rhediad thermol yn seiliedig ar gynllun batri 18650. Mae'r arbrawf yn dangos bod yr amser tanio yn fyrrach, ac mae'r cyflymder lledaenu a'r ystod yn fwy mewn ardaloedd sydd â mannau gwresogi mwy. Ond dim ond gwresogi cyffredinol y modiwl batri pŵer a ystyriodd ei arbrawf ac nid oedd yn ystyried y gorboethi lleol a achosir gan gylchedau byr mewnol. Dywedodd Liu Zhenjun et al. optimeiddio dyluniad y pecyn batri yn seiliedig ar fodel afradu gwres tri dimensiwn o'r pecyn batri pŵer a chynnal efelychiad afradu gwres. Dangosodd yr arbrawf fod tymheredd brig y batri lithiwm-ion optimized wedi gostwng o 46 gradd i 34 gradd, a rheolwyd y gwahaniaeth tymheredd rhwng celloedd unigol o fewn 5 gradd.
(2) Dyluniad System Rheoli Thermol Batri
Mae gan fatris ïon lithiwm sensitifrwydd thermol cryf, a gwella effeithlonrwydd rhyddhau tymheredd isel a diogelwch tymheredd uchel yw craidd systemau rheoli thermol batri. Mae'r dulliau oeri ar gyfer pecynnau batri yn cynnwys oeri hylif ac oeri aer. Mae cerbydau trydan Tesla i gyd yn defnyddio technoleg oeri hylif, tra bod bysiau trydan yn gyffredinol yn defnyddio oeri aer. Yn y blynyddoedd diwethaf, fel aerogels, deunyddiau newid cyfnod a deunyddiau hybrid wedi cael eu defnyddio mewn systemau rheoli thermol batri oherwydd eu heffeithlonrwydd amsugno gwres rhagorol. Roedd Wu et al. wedi datblygu deunydd hyblyg ar gyfer system rheoli thermol batri yn seiliedig ar hydrogel. Defnyddir deunydd polyacrylate sodiwm cost isel. Gellir gwneud ei blastigrwydd cryf iawn yn amrywiaeth o siapiau a'i bentyrru yn y pecyn batri, a all sylweddoli'n economaidd effaith afradu gwres oeri aer traddodiadol ac oeri hylif.
(3) Dyluniad oeri, diffodd, blocio, a chanllawiau nwy ar gyfer rhediad thermol batri
Pan na ellir osgoi rhediad thermol batri, mae'n arbennig o bwysig rhwystro ac oeri'r lledaeniad gwres yn brydlon ac arwain nwyon tymheredd uchel er mwyn osgoi effeithio ar fatris sydd wedi'u gosod yn agos.
Mae'r prif ffyrdd o rwystro lledaeniad rhediad thermol yn cynnwys: llenwi â chyfryngau gwrth-fflam, defnyddio deunyddiau inswleiddio i ynysu batris thermol sy'n rhedeg i ffwrdd, neu arwain fflamau a nwyon tymheredd uchel allan o'r pecyn batri trwy lwybrau. Roedd Xu et al. datblygu tiwb afradu gwres nwy tymheredd uchel gyda siâp trawsdoriadol hirsgwar wedi'i drefnu ar hyd y batri fel y dangosir yn Ffigur 5. Er na all atal y digwyddiad o redeg i ffwrdd thermol mewn batris unigol, gall atal yn effeithiol lledaeniad rhediad thermol lleol yn pecynnau batri. Roedd Li Haoliang et al. dylunio system blocio lledaeniad thermol a system reoli integredig yn seiliedig ar nwyon anadweithiol ac oeryddion cymysg. Yn seiliedig ar y diagram gwasgariad gwres a chyflymiad gwresogi, gosodir trothwy ar gyfer y system rwystro. Mae'r arbrawf yn dangos y gall rwystro lluosogiad gwres yn effeithiol pan fydd y pecyn batri wedi'i orboethi'n lleol.
4. Diweddglo
Mae'r erthygl yn crynhoi'r llenyddiaeth ar y mecanwaith sbarduno, achosion, a rheoli monitro diogelwch rhediad thermol mewn batris pŵer lithiwm-ion.
(1) Yn yr ymchwil i fecanwaith rhedeg i ffwrdd thermol, dadansoddwyd sefydlogrwydd thermol a chyfraith rhyddhau gwres prif gydrannau batris lithiwm-ion, ac egwyddorion prosesau rhyddhau gwres adwaith megis dadelfennu electrolyte, gwahanydd, deunyddiau gweithredol batri, a eglurwyd gludyddion yn bennaf.
(2) Yn yr ymchwil ar ffactorau sbarduno rhediad thermol, dosbarthwyd a chrynhowyd nodweddion a rhesymau gwahanol amodau sbarduno, sef cam-drin mecanyddol, cam-drin trydanol, a rhediad thermol batri a achosir gan gam-drin thermol.
(3) O ran atal a monitro rhediad thermol, mae'r erthygl hon yn ymhelaethu ar yr ymchwil i wella diogelwch rhediad thermol batri pŵer lithiwm-ion o dair agwedd: dylunio optimeiddio celloedd batri lithiwm-ion, optimeiddio systemau batri pŵer, a rheoli thermol batri a monitro systemau rhybuddio.
Er bod cynnydd sylweddol wedi'i wneud wrth astudio rhediad thermol mewn batris lithiwm-ion, mae bylchau o hyd mewn rhai meysydd ymchwil. Dim ond yn ystod y blynyddoedd diwethaf y mae'r ymchwil ar effaith heneiddio ar ddiogelwch a achosir gan arosodiad amseroedd beicio ar fatris lithiwm-ion wedi dechrau, yn enwedig mae'r astudiaeth arbrofol o'r llwybr heneiddio a'r mecanwaith ar sefydlogrwydd thermol yn dal yn gymharol brin. Ar yr un pryd, dim ond ychydig o astudiaethau arbrofol sydd ar ragfynegiad a modelu lluosogi fflam ar ôl i ffoi thermol ddigwydd, ac mae diffyg dadansoddiad efelychiad rhifiadol o luosogi fflam o hyd. Gellir gweld bod rheolaeth diogelwch rhediad thermol mewn batris pŵer lithiwm-ion yn dal i fod yn y cyfnod datblygu, yn enwedig i gyfeiriad rhybuddio a rhwystro, sy'n gofyn am ymchwil bellach.