Overzicht

Nu er meer ongelukken door lithium-ionbatterijen gebeuren, maken mensen zich meer zorgen over het thermisch weglopen van de batterij, omdat het thermisch weglopen in één cel warmte naar andere cellen kan verspreiden, wat kan leiden tot het uitschakelen van het hele batterijsysteem.

Traditioneel veroorzaken we een thermische run-away door tijdens tests te verwarmen, vast te zetten of overladen. Deze methoden kunnen echter de thermische runaway in een specifieke cel niet beheersen, en kunnen ook niet gemakkelijk worden geïmplementeerd tijdens tests van batterijsystemen. Onlangs ontwikkelen mensen een nieuwe methode om thermische runaway te veroorzaken. De voortplantingstest in de nieuwe IEC 62619: 2022 is een voorbeeld en er wordt geschat dat deze methode in de toekomst op grote schaal zal worden gebruikt. Dit artikel is bedoeld om enkele nieuwe methoden te introduceren die momenteel worden onderzocht.

Laserstraling:

Laserstraling is bedoeld om een ​​klein gebied te verwarmen met een laserpuls met hoge energie. De warmte wordt in het materiaal geleid. Laserstraling wordt veel toegepast op het gebied van materiaalbewerking, zoals lassen, verbinden en snijden. Gewoonlijk zijn er de volgende soorten laser:

• CO₂laser: koolstofdioxide moleculaire gaslaser
• Halfgeleiderlaser: Diodelaser gemaakt van GaAs of CdS
• YAG-laser: natriumlaser gemaakt van yttrium-aluminium-granaat
• Optische vezel: laser gemaakt van glasvezel met zeldzaam aardelement

Sommige onderzoekers gebruiken een laser van 40 W, een golflengte van 1000 nm en een diameter van 1 mm om op verschillende cellen te testen.

Met een CT-scan van de niet-getriggerde cel kan worden vastgesteld dat er geen structurele invloed is, behalve het gat in het oppervlak. Het betekent dat de laser directioneel en krachtig is, en dat het verwarmingsgebied nauwkeurig is. Daarom is laser een goede manier om te testen. We kunnen de variabele controleren en de input- en outputenergie nauwkeurig berekenen. Ondertussen heeft laser de voordelen van verwarming en vastzetten, zoals snelle verwarming, en beter controleerbaar. Laser heeft meer voordelen zoals:

• Het kan thermische overstroming veroorzaken en zal de aangrenzende cellen niet verwarmen. Dit is goed voor de thermische contactprestaties

• Het kan interne tekorten stimuleren

• Het kan in kortere tijd minder energie en warmte invoeren, waardoor een thermische runaway ontstaat, waardoor de test goed onder controle is.

Thermietreactie:

Thermietreactie is om aluminium bij hoge temperaturen te laten reageren met metaaloxide, en aluminium zal overgaan in aluminiumoxide. Omdat de vormingsenthalpie van aluminiumoxide erg laag is (-1645 kJ/mol), zal het daarom veel warmte genereren. Thermite-materiaal is vrij verkrijgbaar en verschillende formules kunnen een verschillende hoeveelheid warmte genereren. Onderzoekers gaan daarom testen met 10Ah zakje met thermiet.

Thermite kan gemakkelijk een thermische runaway veroorzaken, maar de thermische input is niet eenvoudig te controleren. Onderzoekers proberen een thermische reactor te ontwerpen die afgesloten is en warmte kan concentreren.

Krachtige kwartslamp:

Theorie: Plaats een kwartslamp met hoog vermogen onder een cel en scheid de cel en de lamp met een plaat. In de plaat moet een gat worden geboord, om de energiegeleiding te garanderen.

De test laat zien dat er een zeer hoog vermogen en een lange tijd nodig is om een ​​thermische runaway te activeren, en dat de thermische afstand niet gelijkmatig is. De reden kan zijn dat kwartslicht geen gericht licht is, en dat het te veel warmteverlies ervoor zorgt dat het nauwelijks precies een thermische runaway veroorzaakt. Ondertussen is de energie-input niet exact. De ideale thermische runaway-test is om de triggerenergie te controleren en de overtollige inputwaarde te verlagen, om de invloed op het testresultaat te verminderen. Daarom kunnen we de conclusie trekken dat een kwartslamp voorlopig niet bruikbaar is.

Conclusie:

Vergeleken met de traditionele methode voor het veroorzaken van thermische overbelasting van cellen (zoals verwarming, overbelasting en penetratie), is laservoortplanting een effectievere manier, met een kleiner verwarmingsoppervlak, lagere inputenergie en een kortere triggertijd. Dit draagt ​​bij aan een hoge effectieve energie-input op het beperkte oppervlak. Deze methode is geïntroduceerd door IEC. We kunnen verwachten dat veel landen deze methode in overweging zullen nemen. Het stelt echter hoge eisen aan laserapparaten. Het vereist een geschikte laserbron en stralingsbestendige apparaten. Momenteel zijn er niet genoeg gevallen voor een thermische runaway-test; deze methode moet nog steeds worden geverifieerd.