Ambiente a bassa pressione e fuga termica

Ambiente a bassa pressione e fuga termica

Se da un lato la batteria al litio offre una comodità alla vita delle persone, dall'altro la sua sicurezza è oggetto di preoccupazione da parte di tutti. La combustione violenta dell'elettrolita penetra nella piastra metallica e il limite di esplosione del gas di pirolisi è superiore a quello degli idrocarburi. La reazione di fuga termica della batteria al litio è facile causa di eventi pericolosi e la sua caratteristica di alta temperatura è un parametro importante e fondamentale del rischio di incendio. Pertanto, è necessario esplorare l'impatto dell'ambiente a bassa tensione sulla temperatura di rilascio della reazione di fuga termica delle batterie al litio per ridurre il rischio del loro utilizzo.

1. Panoramica del Thermal Runaway delle batterie al litio

Il processo di fuga termica della batteria al litio comprende due forme: esplosione primaria ed esplosione di combustione. Nella fase di esplosione primaria, la temperatura interna della batteria al litio aumenta. Se la pressione aumenta, la porta di scarico della pressione della batteria al litio si apre e il fumo viene rilasciato continuamente. Durante il processo di esplosione della combustione, la batteria al litio avrà un grave problema di iniezione. Una grande quantità di sostanze luminose ad alta temperatura viene spruzzata dal polo positivo della batteria e contemporaneamente si verifica una combustione secondaria.

In un ambiente a bassa tensione, il fumo rilasciato durante l'esplosione primaria a fuga termica della batteria al litio richiede molto tempo, non brucia al termine dell'iniezione e la luminosità del materiale espulso diminuisce. In questo lavoro, sono stati condotti esperimenti di reazione di fuga termica su più batterie al litio in vari ambienti di pressione di 30kPa, 60kPa e 101kPa per studiare l'influenza della pressione sulla temperatura di rilascio di fuga termica dell'elettrodo positivo della batteria.

2.Effetto dell'ambiente a bassa pressione sulla fuga termica della batteria

2.1 Impatto dell'ambiente a bassa pressione sulla temperatura della cella della batteria agli ioni di litio

Nel processo di combustione termica e di esplosione della batteria al litio, quando la carica della batteria è diversa, la diminuzione della pressione ambientale porterà all'aumento della temperatura di risposta del corpo della batteria. Pertanto, maggiore è la pressione, maggiore è la probabilità di esplosione della batteria al litio. Allo stesso tempo, anche la temperatura di combustione del corpo della batteria al litio diminuisce con l'aumento della carica e questo processo non è influenzato dalla pressione ambientale. Quando la carica è del 100%, 50% e 0%, la temperatura massima della batteria al litio aumenta con l'aumentare della pressione. Più bassa è la pressione, minore è il rischio di accensione ed esplosione della batteria al litio. Inoltre, la temperatura massima della batteria al litio in presenza di pressioni diverse aumenta con l'aumentare della carica.

2.2 Impatto dell'ambiente a bassa pressione sulla temperatura della porta di iniezione della batteria agli ioni di litio

Nella reazione di fuga termica, la temperatura all'uscita dell'estremità positiva della batteria è la temperatura rilasciata dalla reazione di fuga termica. La fonte di energia della reazione di fuga termica comprende principalmente i seguenti contenuti: In primo luogo, l'energia rilasciata dalla reazione di combustione secondaria delle sostanze combustibili e infiammabili generate dalla fuga termica in diversi ambienti di pressione. In secondo luogo, i materiali ad alta temperatura e l'energia rilasciata dalla reazione di fuga termica all'interno della batteria al litio. Attraverso esperimenti ripetuti in vari ambienti a pressione di 30kPa, 60kPa e 101kPa, si è potuto constatare che l'ambiente a bassa pressione ha una serie di effetti sulla temperatura ambiente causata dalla fuga termica delle batterie al litio, che possono essere suddivisi nei seguenti aspetti:

(1) Ambiente a 30kPa

In un ambiente a bassa pressione di 30kPa, la temperatura di rilascio della fuga termica misurata all'uscita del getto positivo della batteria è principalmente suddivisa in cinque picchi: 1~4 picchi di alta temperatura sono concentrati durante la reazione di fuga termica di sette batterie; i picchi 1 e 2 si verificano durante la prima e la seconda reazione di fuga termica, con un'ampiezza di picco ridotta e una breve durata dell'alta temperatura; parte dei valori di picco 3 e 4 sono apparsi nella fase di reazione di fuga termica dalla terza alla settima batteria al litio, dove la temperatura del valore di picco 3 era più bassa, mentre il valore di picco 4 si è verificato nel periodo in cui la reazione di fuga termica della batteria agli ioni di litio era completata. La temperatura del valore di picco 4 era vicina a quella del valore di picco 5, e la temperatura era più alta; il valore di picco 5 compare dopo il completamento della reazione di fuga termica. In questo momento, i combustibili residui espulsi dagli ioni di litio e la pelle della batteria stanno bruciando. Pertanto, la temperatura rilasciata è elevata, l'ampiezza del valore di picco è grande e la temperatura elevata dura a lungo.

Pertanto, il numero di picchi di temperatura rilasciati durante la fase di fuga termica delle batterie al litio in un ambiente a bassa pressione di 30kPa è ridotto e l'ampiezza e il numero di picchi di alta temperatura sono inferiori a quelli di un ambiente di 60kPa, per cui il rischio di alta temperatura di fuga termica delle batterie è inferiore a quello di un ambiente Yuli di 60kPa. Inoltre, la concentrazione di ossigeno nella coltura ambientale a bassa pressione da 30kPa è bassa, il che può inibire in una certa misura la violenta reazione interna di fuga termica della batteria agli ioni di litio, rendendo difficile per le sostanze combustibili gassose organiche generate dalla reazione di fuga termica condurre la reazione di combustione secondaria nell'ambiente a bassa pressione. È emerso che la reazione esotermica di fuga termica dei materiali interni della batteria agli ioni di potassio da 30 kPa è la causa del calore ad alta temperatura generato nell'ambiente a bassa pressione.

(2) Ambiente a 60kPa di pressione

La reazione di fuga termica della batteria forma un processo di combustione ed esplosione attraverso la spruzzatura di materiali brillanti e ad alta temperatura, producendo quindi un picco di alta temperatura. Quando l'ambiente di pressione è di 60kPa, la batteria agli ioni di litio presenta 7 reazioni di fuga termica. Attraverso il rilevamento della temperatura ambiente della porta di iniezione della batteria al litio, si scopre che ci sono 5 picchi di alta temperatura di fuga termica nella reazione, di cui da 1 a 4 picchi di alta temperatura sono principalmente concentrati nella settima reazione di fuga termica. Il valore 5 del picco di alta temperatura degli ioni di litio compare dopo il completamento della reazione di fuga di sette batterie. In questa fase, la batteria agli ioni di potassio spruzza combustibili e pelli di plastica per formare un picco ad alta temperatura attraverso la reazione di combustione. La temperatura dei picchi 2, 3 e 4 è di circa 800 ℃ e la temperatura massima è di circa 1100 ℃. L'ampiezza del picco è ridotta. Rispetto all'ambiente a pressione di 101kPa, nell'ambiente a 60kPa si sono verificate sette reazioni di fuga termica: il picco di temperatura della porta di iniezione della batteria agli ioni di litio è quattro e l'analisi mostra che le sostanze pirotecniche iniettate dalla reazione di fuga termica in Lok Lok hanno un basso impatto sull'alta temperatura. Se il valore di picco è superiore a 600 ℃, l'ampiezza si restringe. Pertanto, la durata dell'alta temperatura generata dalla reazione di fuga termica in un ambiente a bassa pressione di 60kPa è ridotta. Allo stesso tempo, la reazione di rilascio ad alta temperatura della fuga termica in un ambiente a pressione di 60kPa è più sicura di quella a pressione normale, quindi la concentrazione di ossigeno in questo ambiente è inferiore a quella a pressione normale. Il calore rilasciato ad alta temperatura rilascia principalmente energia attraverso la reazione termica dei materiali all'interno della batteria, mentre l'altra parte proviene dal gas combustibile generato dalla reazione di fuga termica all'interno della batteria.

(3) Ambiente di pressione a 101 kPa

In un ambiente a pressione di 101 kPa, cioè a pressione normale, la batteria subisce a sua volta una reazione di fuga termica in determinate condizioni. Le batterie agli ioni di litio hanno sperimentato sette gravi reazioni di fuga termica in un ambiente a bassa tensione. Durante la reazione della batteria, il picco di reazione ad alta temperatura sarà catturato in una posizione di circa 30 mm al di sopra di esso, mentre il picco di alta temperatura ambientale causato dalla reazione di combustione del getto drammatico sarà generalmente distribuito in modo uniforme nell'intervallo di 1-7 volte della reazione di fuga termica. Tutti i picchi di temperatura sono di gran lunga superiori a 600 ℃, la temperatura minima è di circa 800 ℃ e la temperatura massima può raggiungere i 1100 ℃. Allo stesso tempo, l'ampiezza del picco della reazione termica degli ioni di litio che rilascia un'alta temperatura a 101 kPa è grande, quindi la temperatura di rilascio dura a lungo. Sette reazioni termiche fuori controllo in un ambiente di 101 kPa rilasciano energia ad alta temperatura e hanno un impatto continuo ad alta temperatura sull'ambiente circostante. Inoltre, le fonti di alta temperatura rilasciate dalla reazione di fuga termica della batteria al litio nell'ambiente con pressione atmosferica di 101 kPa includono i seguenti elementi: un'intensa reazione termica avviene all'interno della batteria agli ioni di litio per rilasciare energia; un gas infiammabile si forma nella batteria al litio attraverso la reazione e una reazione di combustione secondaria avviene nell'ambiente a pressione normale per rilasciare calore.