Dans les rapports d'accidents de batteries au lithium, « emballement thermique » est le mot clé le plus courant. Il ne s’agit pas d’un événement instantané, mais d’un processus en chaîne qui évolue progressivement. Comprendre cette chaîne est la condition préalable à la protection de la sécurité.

1. Les quatre étapes de l’emballement thermique

Première étape : le déclencheur apparaît.Les causes courantes incluent les courts-circuits internes (corps étrangers métalliques, défauts du séparateur, dendrites), les courts-circuits externes, les surcharges et les décharges excessives, les dommages mécaniques (extrusion, aiguilletage) et l'environnement à haute température. A ce moment, la température de la batterie augmente lentement.

La deuxième étape : décomposition du SEI et réactions secondaires.Lorsque la température atteint 90 ~ 120 °C, le film SEI commence à se décomposer et l'électrode négative et l'électrolyte réagissent directement pour générer de la chaleur ; Ensuite, le séparateur rétrécit et fond (le PE est d'environ 130 °C, le PP est d'environ 160 °C) et un court-circuit se forme sur une grande surface.

La troisième étape : valve de pulvérisation et dégagement de chaleur violent.À mesure que la température continue d'augmenter, l'électrode positive se décompose pour libérer de l'oxygène, l'électrolyte subit une oxydation et une décomposition violentes, la pression interne augmente soudainement et la soupape de sécurité s'ouvre pour éjecter le gaz inflammable et la vapeur d'électrolyte, la température atteignant 600 ~ 800 °C.

Étape 4 : propagation.Si l'emballement thermique d'une seule cellule n'est pas contrôlé, les cellules adjacentes s'enflammeront par conduction thermique et rayonnement, formant une réaction en chaîne connue sous le nom de « propagation thermique ».

Conception à deux et quatre couches de protection

  • Couche cellulaire: Utilisez des séparateurs recouverts de céramique, des matériaux cathodiques avec une meilleure stabilité thermique et configurez des soupapes de sécurité (CID), PTC et autres composants passifs ; contrôler strictement la propreté de la production pour réduire les corps étrangers métalliques.
  • Couche BMS: Échantillonnage de tension et de température de haute précision, protection contre les surcharges, les décharges excessives, les surintensités et les surchauffes à plusieurs niveaux, avertissement anormal et mise hors tension active ; le système de stockage d'énergie doit également disposer d'une détection d'isolation et d'un enregistrement des défauts.
  • couche structurelle: Il y a une couche d'isolation thermique (aérogel, panneau de mica) entre les cellules, le module est conçu avec des canaux de décompression et un échappement directionnel, et la coque a un grade ignifuge (tel que V-0).
  • Couche système: La gestion thermique refroidie par liquide ou par air maintient une température uniforme, équipée d'une détection de gaz combustible, d'un détecteur de fumée et d'une protection incendie automatique (perfluorohexanone, brouillard d'eau), et bloque la propagation grâce à l'isolation de la cabine.

3. Normes et exigences en matière de tests

Les vérifications courantes incluent GB 38031 (exigences de sécurité pour les batteries de véhicules électriques, ne nécessitant aucun incendie ni explosion dans les 5 minutes après un emballement thermique), UL 9540A (évaluation de la propagation par emballement thermique des systèmes de stockage d'énergie), CEI 62619 (sécurité des batteries pour les équipements industriels), etc. Les produits d'exportation doivent sélectionner les normes correspondantes en fonction du marché cible.

4. Suggestions pour la pratique de l'ingénierie

La sécurité est une ingénierie système, et un seul point de renforcement ne suffit pas à éliminer les risques. L'approche véritablement efficace consiste à effectuer une analyse des défaillances AMDEC au stade de la conception, à effectuer des tests d'acupuncture, d'extrusion, de surcharge et d'autres abus au stade de la production d'essai, à contrôler strictement la cohérence des matériaux et des processus entrants au stade de la production de masse et à s'appuyer sur le BMS et les systèmes d'exploitation et de maintenance pour une surveillance continue pendant la phase d'utilisation. Ce n’est qu’en superposant quatre niveaux de protection que la probabilité pourra être réduite à un niveau acceptable.

5. Conclusion

Pour les batteries au lithium, la sécurité n’est pas une fonction, mais un objectif tout au long de leur cycle de vie.