リチウムイオン電池の熱暴走と材料解析

現在、さまざまな自動車会社が動力用電池にリチウム電池を大規模に使用しており、エネルギー密度はますます高くなっていますが、人々は依然として動力用電池の安全性を重視しており、自動車の安全性に対する良い解決策ではありません。電池。熱暴走は動力電池の安全性の主な研究対象であり、注目する価値があります。

まず、熱暴走とは何かを理解しましょう。熱暴走とは、さまざまなきっかけによって引き起こされる連鎖反応現象で、バッテリーから短期間に大量の熱や有害なガスが放出され、ひどい場合にはバッテリーの発火や爆発を引き起こす可能性があります。熱暴走が発生する原因は、過熱、過充電、内部短絡、衝突などさまざまです。 バッテリーの熱暴走は、バッテリーセル内の負極SEIフィルムの分解から始まり、その後分解、溶融することがよくあります。隔膜の破損により負極と電解液が生じ、続いて正極と電解液の両方が分解して大規模な内部短絡が発生し、電解液が燃焼し、他のセルに燃え移り、事故が発生します。深刻な熱暴走が発生し、バッテリーパック全体が自然発火する可能性があります。

熱暴走の原因は、内部原因と外部原因に分けられます。内部原因は多くの場合、内部短絡によるものです。外的原因は、機械的虐待、電気的虐待、熱的虐待などによるものです。

バッテリーの正極端子と負極端子間の直接接触である内部短絡は、接触の程度とその後の反応の誘発によって大きく異なります。通常、機械的および熱的虐待によって引き起こされる大規模な内部短絡は、熱暴走を直接引き起こします。対照的に、自然に発生する内部短絡は比較的軽微であり、発生する熱も非常に小さいため、すぐに熱暴走を引き起こすことはありません。内部の自己開発には通常、製造上の欠陥、内部抵抗の増加などのバッテリーの経年劣化によるさまざまな特性の劣化、長期にわたる軽度の誤使用によるリチウム金属の析出などが含まれます。時間が経過すると、そのようなことが原因で内部短絡が発生するリスクが高まります。内部原因は徐々に増加します。

機械的酷使とは、外力の作用下でのリチウム電池モノマーと電池パックの変形、およびそれ自体のさまざまな部分の相対的な変位を指します。電池に対する主な形態には、衝突、押し出し、穿刺などがあります。例えば、高速走行中に異物が接触すると、バッテリー内部の隔膜が破壊され、バッテリー内部で短絡が発生し、短期間で自然発火を引き起こします。

リチウム電池の電気的乱用には一般に、外部短絡、過充電、過放電のいくつかの形態が含まれますが、最も可能性が高いのは熱暴走から過充電に発展することです。外部短絡は、差圧のある 2 本の導体がセルの外側に接続されると発生します。バッテリーパックの外部ショートは、車両の衝突、水没、導体の汚染、メンテナンス中の感電などによる変形が原因である可能性があります。通常、外部短絡から放出される熱は、パンクとは対照的に、バッテリーを加熱しません。外部短絡と熱暴走の間の重要な関係は、過熱点に達する温度です。外部短絡により発生した熱がうまく放散されない場合、電池の温度が上昇し、高温による熱暴走が発生します。したがって、外部短絡によるさらなる損傷の発生を防ぐには、短絡電流を遮断するか、過剰な熱を放散することが必要です。過充電は、エネルギーが満ちているため、電気乱用の最も危険な行為の 1 つです。熱とガスの発生は、過充電プロセスの 2 つの一般的な特徴です。発熱はオーム熱と副反応によって発生します。まず、過剰なリチウムの埋め込みにより、アノード表面でリチウム樹枝状結晶が成長します。