En los informes de accidentes con baterías de litio, "fuga térmica" es la palabra clave más común. No es un acontecimiento instantáneo, sino un proceso en cadena que evoluciona gradualmente. Comprender esta cadena es un requisito previo para la protección de seguridad.

1. Las cuatro etapas de la fuga térmica

La primera etapa: aparece el desencadenante.Las causas comunes incluyen cortocircuito interno (materias extrañas de metal, defectos del separador, dendritas), cortocircuito externo, sobrecarga y sobredescarga, daño mecánico (extrusión, punzonado) y ambiente de alta temperatura. En este momento, la temperatura de la batería aumenta lentamente.

La segunda etapa: descomposición de SEI y reacciones secundarias.Cuando la temperatura aumenta a 90~120°C, la película SEI comienza a descomponerse y el electrodo negativo y el electrolito reaccionan directamente para generar calor; luego, el separador se contrae y se funde (el PE está a unos 130 °C, el PP a unos 160 °C) y se forma un cortocircuito en un área grande.

La tercera etapa: válvula de pulverización y liberación violenta de calor.A medida que la temperatura continúa aumentando, el electrodo positivo se descompone para liberar oxígeno, el electrolito sufre una oxidación y descomposición violenta, la presión interna aumenta repentinamente y la válvula de seguridad se abre para expulsar gas inflamable y vapor de electrolito, con una temperatura que alcanza los 600 ~ 800 °C.

Etapa 4: Difusión.Si no se controla la fuga térmica de una sola celda, las celdas adyacentes se encenderán mediante conducción de calor y radiación, formando una reacción en cadena conocida como "propagación térmica".

Diseño de protección de dos y cuatro capas.

  • capa celular: Utilice separadores con revestimiento cerámico, materiales catódicos con mejor estabilidad térmica y configure válvulas de seguridad (CID), PTC y otros componentes pasivos; Controle estrictamente la limpieza de la producción para reducir la materia extraña del metal.
  • capa BMS: Muestreo de voltaje y temperatura de alta precisión, sobrecarga multinivel, sobredescarga, protección contra sobrecorriente y sobretemperatura, advertencia anormal y apagado activo; El sistema de almacenamiento de energía también debe tener detección de aislamiento y registro de fallas.
  • capa estructural: Hay una capa de aislamiento térmico (aerogel, tablero de mica) entre las celdas, el módulo está diseñado con canales de alivio de presión y escape direccional, y la carcasa tiene un grado retardante de llama (como V-0).
  • capa del sistema: La gestión térmica enfriada por líquido o por aire mantiene una temperatura uniforme, está equipada con detección de gas combustible, alarma de humo y protección automática contra incendios (perfluorohexanona, agua nebulizada) y bloquea la propagación a través del aislamiento de la cabina.

3. Normas y requisitos de prueba.

Las verificaciones comunes incluyen GB 38031 (requisitos de seguridad para baterías de vehículos eléctricos, que no requieren incendio o explosión dentro de los 5 minutos posteriores a la fuga térmica), UL 9540A (evaluación de la propagación de la fuga térmica de los sistemas de almacenamiento de energía), IEC 62619 (seguridad de baterías para equipos industriales), etc. Los productos de exportación deben seleccionar los estándares correspondientes según el mercado objetivo.

4. Sugerencias para la práctica de la ingeniería

La seguridad es una ingeniería de sistemas y un solo punto de refuerzo no es suficiente para eliminar los riesgos. El enfoque verdaderamente eficaz es realizar un análisis de fallas FMEA en la etapa de diseño, realizar pruebas de acupuntura, extrusión, sobrecarga y otras pruebas de abuso en la etapa de producción de prueba, controlar estrictamente la consistencia de los materiales y procesos entrantes en la etapa de producción en masa y confiar en BMS y sistemas de operación y mantenimiento para un monitoreo continuo durante la etapa de uso. Sólo superponiendo cuatro capas de protección se puede reducir la probabilidad a un nivel aceptable.

5. Conclusión

Para las baterías de litio, la seguridad no es una función, sino el resultado final durante todo el ciclo de vida.