Thermal runaway trong cell lithium-ion (Li-ion) là một quá trình nguy hiểm, tự duy trì, trong đó nhiệt độ bên trong của pin tăng lên không kiểm soát được do các phản ứng hóa học tỏa nhiệt, cuối cùng dẫn đến cháy hoặc nổ.

Cơ chế và đặc điểm chính:

• Nhiệt độ kích hoạt: Thoát nhiệt liên quan đến ba nhiệt độ tới hạn:

  • T1: Sự khởi đầu của nhiệt tự sinh ra từ các phản ứng phụ.

  • T2: Nhiệt độ tới hạn kích hoạt tăng nhiệt độ nhanh chóng (bắt đầu chạy nhiệt).

  • T3: Nhiệt độ đỉnh đại diện cho việc giải phóng năng lượng tối đa trong sự kiện.

• Nguyên nhân: Nó có thể được kích hoạt bởi:

  • Cơ học (ví dụ: thủng, va chạm),

  • Điện (ví dụ: sạc quá mức, xả quá mức),

  • Nhiệt (ví dụ: sưởi ấm bên ngoài, lửa).

• Quá trình: Nhiệt ban đầu từ các phản ứng phụ không thể được tiêu tán đủ nhanh, khiến nhiệt độ tăng lên, làm tăng tốc các phản ứng tỏa nhiệt hơn nữa trong một vòng phản hồi dương.

• Nhiệt độ tăng: Sau khi bắt đầu, nhiệt độ có thể vượt quá 600 ° C đến hơn 1000 ° C, khiến quá trình này gần như không thể dừng lại.

• Tạo khí: Thoát nhiệt giải phóng các khí như CO, CO2, H2 và hơi điện phân dễ cháy, có thể bốc cháy và đốt cháy ngay cả khi không có oxy bên ngoài.

• Nhân giống: Nhiệt độ cực cao có thể lan sang các tế bào lân cận, gây ra phản ứng dây chuyền được gọi là lan truyền nhiệt trong bộ pin.

Phản ứng bên trong liên quan:

• Phân hủy giao diện chất điện phân rắn (SEI),

• Phản ứng cực dương-điện phân và cực âm-điện giải,

• Phân hủy chất điện phân,

• Ống tách nóng chảy.

Phát hiện và cảnh báo:

• Cảm biến khí phát hiện CO2, CO và H2 có thể đưa ra cảnh báo sớm trước khi xảy ra tình trạng thoát nhiệt hoàn toàn.

• Quang phổ trở kháng điện hóa (EIS) có thể theo dõi những thay đổi bên trong và dự đoán độ chạy nhiệt sớm hơn so với các phép đo nhiệt độ bề mặt.

Ảnh hưởng của thiết kế cell và kiểu abuse:

• Hành vi thermal runaway thay đổi theo hình dạng tế bào và loại lạm dụng (nhiệt, đoản mạch bên trong, thâm nhập đế).

• Các cell lớn hơn có xu hướng giải phóng nhiều nhiệt hơn và đẩy ra nhiều khối lượng hơn trong quá trình thoát nhiệt.

Tóm lại, thermal runaway trong cell Li-ion là một sự kiện nhiệt tự gia tốc nhanh chóng gây ra bởi các phản ứng hóa học bên trong được kích hoạt bởi lạm dụng hoặc hỏng hóc, dẫn đến nhiệt độ quá cao, giải phóng khí và thường là cháy hoặc nổ. Các phương pháp phát hiện sớm tập trung vào giám sát khí và chẩn đoán điện hóa để ngăn ngừa hỏng hóc thảm khốc.