בריחה תרמית של סוללות ליתיום היא אכן תופעה בלתי נמנעת, בעיקר בשל התכונות הכימיות התגובתיות של מתכת הליתיום, מה שהופך את העיבוד, האחסון והשימוש במתכת ליתיום לתובעניים מאוד מבחינה סביבתית.
1. סיבות לבריחה תרמית של סוללות ליתיום
1.1 קצר חשמלי פנימי: כאשר נוצר קצר חשמלי בין הקטבים החיובי והשלילי בתוך הסוללה, נוצרת כמות גדולה של חום, הגורמת לעלייה מהירה של טמפרטורת הסוללה ומובילה ליצירת חום בלתי מבוקרת. קצרים חשמליים עלולים להיגרם על ידי פגמים בתהליך ייצור הסוללה, קרע בקרום הנגרם מהזדקנות הסוללה, או גידול דנדריטים שחודר לממברנה.
1.2 טעינת יתר: כאשר סוללה נטענת יתר על המידה, האלקטרוליט הפנימי יעבור תגובת פירוק, שייצר כמות גדולה של גז וחום, מה שיוביל לעלייה מהירה בטמפרטורת הסוללה ולגרום לבריחה תרמית. טעינת יתר עלולה להיגרם מתקלה במטען, כשל במערכת ניהול הסוללה (BMS), או הפעלה לא נכונה של המשתמש.
1.3 נזק חיצוני:כאשר הסוללה ניזוקה מפגיעה, דחיסה או ניקוב, האלקטרוליט שבתוכו יזלוג החוצה ויגיב כימית עם חמצן באוויר, וייצור כמות גדולה של חום וגז, מה שיוביל לעלייה מהירה בטמפרטורת הסוללה ולגרום לבריחה תרמית.
1.4 הזדקנות הסוללה: כאשר נעשה שימוש בסוללה למשך זמן ארוך יותר, האלקטרוליט הפנימי יתפרק בהדרגה ויזדקן, וכתוצאה מכך ירידה בקיבולת הסוללה, עלייה בהתנגדות הפנימית והידרדרות בביצועי פיזור החום, מה שעלול בסופו של דבר להוביל לבריחה תרמית. של הסוללה.
1.5 סביבת טמפרטורה גבוהה:פעולה ארוכת טווח של סוללות ליתיום בסביבות טמפרטורות גבוהות עלולה לגרום לטמפרטורה הפנימית של הסוללה להמשיך לעלות, ולהוביל לחימום בלתי מבוקר.
2. אמצעי נגד לבריחה תרמית של סוללות ליתיום
2.1 שפר את דיוק ייצור הסוללות:בקרה קפדנית על איכות לוחות האלקטרודות והמפרידים בתהליך הייצור. נעשה שימוש בציוד חיתוך דיוק גבוה על מנת להבטיח שהקוטב נקי מכתמים, ונעשה שימוש בשיטות בדיקת איכות מתקדמות על מנת להבטיח את שלמות ואחידות הסרעפת.
2.2 ייעול בחירת החומר והיחס: בחר חומרים ואלקטרוליטים יציבים של אלקטרודות חיוביות ושליליות. לחומרי אלקטרודה חיוביים, תוך עמידה בדרישות צפיפות האנרגיה, יש לתת עדיפות למערכות חומרים בעלות יציבות תרמית טובה. במקביל, בחר בחומרי אלקטרודה שליליים שיכולים ליצור סרט SEI יציב, והתאם את הרכב האלקטרוליט בצורה סבירה, תוך הוספת כמה תוספים יציבים תרמית כדי לדכא את הפירוק של האלקטרוליט.
2.3 חיזוק בקרת האיכות של מכלול הסוללות: קבעו תהליכי הרכבה ותקנים מחמירים, הקפידו על הרכבה מדויקת של רכיבים כגון אלקטרודות ומפרידים באמצעות ציוד הרכבה אוטומטי, וערכו בדיקות איטום קפדניות על הסוללות המורכבות.
2.4 שיטות טעינה ופריקה נכונות:השתמש במטען העומד במפרטי הסוללה כדי למנוע טעינת יתר ופריקת יתר. עבור ציוד סוללת ליתיום, יש להגדיר מתחי ניתוק סבירים לטעינה ופריקה, ולהטמיע אלגוריתמי טעינה חכמים בתוכנת המכשיר או בציוד הטעינה כדי להתאים באופן דינמי את זרם הטעינה והמתח בהתאם למצב הסוללה.
2.5 בקרת הטמפרטורה של סביבת השימוש:נסו להימנע משימוש ואחסון סוללות בסביבות טמפרטורות גבוהות. אם הסוללה מוחלת על ציוד בסביבות בטמפרטורה גבוהה, יש להתקין התקני פיזור חום יעילים כגון גופי קירור, מאווררים וכו'.
2.6 בדיקה ותחזוקה שוטפת:עבור ציוד סוללת ליתיום הנמצא בשימוש ממושך, יש לבדוק את הסוללה באופן קבוע, כולל בדיקה ויזואלית (לבליטות, נזילות וכו') ובדיקת ביצועים (למדדים כגון קיבולת והתנגדות פנימית).
3. אסטרטגיות תגובה לאומיות ותעשייתיות לבריחה תרמית של סוללות ליתיום
3.1 שפר את תקני ההגנה: לשכת הכבאות וההצלה הלאומית ומחלקות רלוונטיות אחרות הציעו לשפר את הסטנדרטים למניעת שריפות בבניין, לשנות תפיסות של מניעת שריפות ובקרה, ולהפחית את הנזק שנגרם מהבריחה התרמית של סוללות ליתיום.
3.2 לחזק פריצות דרך טכנולוגיות: עודדיצרנים מארחים ומפעלים קשורים כדי לחזק מחקר ופיתוח טכנולוגיים, לשפר תהליכי ייצור ולשפר את ביצועי הבטיחות של חומרי מפתח כגון אלקטרוליטים וממברנות.
3.3 קידום טכנולוגיות סוללה חדשות:לסוללות מצב מוצק ולטכנולוגיות סוללות חדשות אחרות יש צפיפות אנרגיה גבוהה יותר וביצועים יציבים יותר, והופכות למוקד מחקר עבור רכבי אנרגיה חדשים. למרות שתהליך הייצור של סוללות מוצק הוא מורכב ויקר, עם התקדמות מתמשכת של הטכנולוגיה והפחתת עלויות, הוא צפוי להחליף סוללות נוזליות בעתיד ולהפחית את הסיכון לבריחה תרמית.
4. מסלול הפיתוח של טכנולוגיית בטיחות סוללת ליתיום עדיין ארוך
עם היישום הנרחב של סוללות ליתיום-יון בכלי רכב חשמליים, מערכות אחסון אנרגיה, מכשירים אלקטרוניים ניידים ותחומים אחרים, גם בעיות הבטיחות שלהן זכו לתשומת לב גוברת.
4.1 מחקר וחדשנות של חומרי סוללה:
כיום, סוללות ליתיום-יון מסתמכות בעיקר על חומרי אלקטרודה חיוביים כגון תחמוצת ליתיום קובלט ותחמוצת ליתיום ניקל מנגן קובלט, כמו גם חומרים על בסיס גרפיט או סיליקון אלקטרודות שליליות. חומרים אלו עלולים להוות סכנות בטיחותיות כגון בריחת תרמית וקצר חשמלי במהלך תהליך הטעינה והפריקה.
לכן, מחקר חומרי סוללה בטוחים ויציבים יותר הוא כיוון חשוב לטכנולוגיית בטיחות סוללות ליתיום. לדוגמה, סוללות מצב מוצק משכו תשומת לב רבה בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה יותר ובטיחות טובה יותר.
4.2 אופטימיזציה של מערכת ניהול הסוללות (BMS):
BMS הוא אחד ממרכיבי הליבה של ערכות סוללות ליתיום-יון, האחראי על ניטור המתח, הזרם, הטמפרטורה ופרמטרים נוספים של ערכת הסוללות, ובקרה על טעינה ופריקה על סמך פרמטרים אלו.
על ידי אופטימיזציה של אלגוריתם BMS ועיצוב החומרה, ניתן לשפר את הבטיחות של ערכת הסוללות. לדוגמה, על ידי ניטור מצב הבריאות של ערכת הסוללות בזמן אמת, ניתן להתריע על בעיות בטיחות פוטנציאליות ולטפל בהן בזמן.
4.3 התקדמות בטכנולוגיית ניהול תרמי סוללה:
סוללות ליתיום יון מייצרות חום במהלך הפעולה, ואם החום לא מתפזר בזמן, זה עלול לגרום לעלייה בטמפרטורת הסוללה, מה שיוביל לבעיות בטיחות.
לכן, חקר טכנולוגיית ניהול תרמית יעילה יותר של סוללות הוא גם כיוון חשוב לטכנולוגיית בטיחות סוללות ליתיום. לדוגמה, אימוץ שיטות קירור נוזלי, קירור אוויר ושאר פיזור חום, וכן פיתוח פתרונות משולבים יעילים יותר למערכות ניהול תרמי.
4.4 שיפור בטכנולוגיית ייצור ובדיקת סוללות:
לתהליך הייצור של סוללות ליתיום-יון יש השפעה משמעותית על הסוללות שלהןאבטחה. לדוגמה, פגמים ולכלוכים בתוך הסוללה עלולים לגרום לבעיות בטיחות.
לכן, שיפור טכנולוגיית בקרת האיכות ובדיקה בתהליך ייצור הסוללות היא גם חלק חשוב בטכנולוגיית הבטיחות של סוללות ליתיום. על ידי אימוץ ציוד ייצור ושיטות בדיקה מתקדמים יותר, ניתן להפחית פגמים ולכלוכים בתוך המצבר ולשפר את בטיחות המצבר.
4.5 ניסוח ושיפור תקנות ותקנים:
עם היישום הנרחב של סוללות ליתיום-יון, התקנות והתקנים הרלוונטיים משתפרים ללא הרף. תקנות ותקנים אלו מספקים דרישות ותקנות ברורות לבטיחות סוללות ליתיום-יון.
לכן, חיזוק גיבוש ושיפור התקנות והתקנים הוא גם כיוון חשוב לפיתוח טכנולוגיית הבטיחות של סוללות ליתיום. על ידי גיבוש תקנות ותקנים מחמירים יותר, ניתן לקדם את ההתקדמות והשיפור המתמשך של טכנולוגיית הבטיחות של סוללות ליתיום.