В сообщениях об авариях на литиевых батареях наиболее распространенным ключевым словом является «тепловой выход из строя». Это не мгновенное событие, а цепной процесс, который постепенно развивается. Понимание этой цепочки является предпосылкой обеспечения безопасности.

1. Четыре стадии теплового выхода из-под контроля

Первый этап: появляется триггер.К частым причинам относятся внутреннее короткое замыкание (посторонние металлические предметы, дефекты сепаратора, дендриты), внешнее короткое замыкание, перезаряд и чрезмерный разряд, механическое повреждение (выдавливание, пробой иглой) и высокая температура окружающей среды. В это время температура батареи медленно повышается.

Вторая стадия: разложение SEI и побочные реакции.Когда температура повышается до 90–120°C, пленка SEI начинает разлагаться, и отрицательный электрод и электролит вступают в прямую реакцию с выделением тепла; затем сепаратор сжимается и плавится (ПЭ около 130°С, ПП около 160°С), и образуется короткое замыкание на большой площади.

Третий этап: распылительный клапан и резкое выделение тепла.Поскольку температура продолжает расти, положительный электрод разлагается с выделением кислорода, электролит подвергается сильному окислению и разложению, внутреннее давление внезапно возрастает, и предохранительный клапан открывается для выброса горючего газа и паров электролита, при этом температура достигает 600 ~ 800 ° C.

Этап 4: Распространение.Если не контролировать тепловой выход отдельной ячейки, соседние ячейки будут воспламеняться за счет теплопроводности и излучения, образуя цепную реакцию, известную как «тепловое распространение».

Два и четыре уровня защиты.

  • Слой клеток: использовать сепараторы с керамическим покрытием, катодные материалы с лучшей термостабильностью, а также настраивать предохранительные клапаны (CID), PTC и другие пассивные компоненты; строго контролировать чистоту производства, чтобы уменьшить количество металлических посторонних примесей.
  • Уровень BMS: Высокоточная выборка напряжения и температуры, многоуровневая защита от перезарядки, чрезмерной разрядки, перегрузки по току и перегрева, предупреждение о нештатных ситуациях и активное отключение питания; система хранения энергии также должна иметь функцию обнаружения изоляции и регистрации неисправностей.
  • структурный слой: Между ячейками имеется теплоизоляционный слой (аэрогель, слюдяная плита), модуль спроектирован с каналами сброса давления и направленным выхлопом, а оболочка имеет класс огнестойкости (например, В-0).
  • Системный уровень: Система управления температурным режимом с жидкостным или воздушным охлаждением поддерживает равномерную температуру, оснащена датчиками горючего газа, сигнализацией дыма и автоматической противопожарной защитой (перфторгексанон, водяной туман) и блокирует распространение через изоляцию кабины.

3. Стандарты и требования к испытаниям

Общие проверки включают GB 38031 (требования безопасности для аккумуляторов электромобилей, не требующие возгорания или взрыва в течение 5 минут после выхода из строя), UL 9540A (оценка распространения температурного выхода из-под контроля систем хранения энергии), IEC 62619 (безопасность аккумуляторов для промышленного оборудования) и т. д. Для экспорта продукции необходимо выбирать соответствующие стандарты в соответствии с целевым рынком.

4. Рекомендации по инженерной практике

Безопасность — это системная инженерия, и какой-либо одной точки усиления недостаточно для устранения рисков. По-настоящему эффективный подход заключается в проведении анализа отказов FMEA на этапе проектирования, проведении акупунктурных, экструзионных, перезарядных и других тестов на злоупотребления на этапе опытного производства, строгом контроле согласованности входящих материалов и процессов на этапе массового производства и использовании BMS и систем эксплуатации и технического обслуживания для постоянного мониторинга на этапе использования. Только наложив четыре уровня защиты, можно снизить вероятность до приемлемого уровня.

5. Заключение

Для литиевых батарей безопасность — это не функция, а конечный результат на протяжении всего жизненного цикла.