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Niederdruckumgebung und Thermal Runaway

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Niederdruckumgebung und Thermal Runaway

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Die Lithiumbatterie bringt den Menschen nicht nur Komfort, sondern auch Sicherheit. Die heftige Verbrennung des Elektrolyts dringt in die Metallplatte ein, und die Explosionsgrenze von Pyrolysegas ist höher als die von Kohlenwasserstoffen. Die thermische Durchbrennungsreaktion der Lithiumbatterie kann leicht zu gefährlichen Ereignissen führen, und ihre hohe Temperatur ist ein wichtiger und grundlegender Parameter für die Brandgefahr. Daher ist es notwendig, die Auswirkungen der Niederspannungsumgebung auf die Temperatur des thermischen Durchgehens von Lithiumbatterien zu untersuchen, um das Risiko ihrer Verwendung zu verringern.

1. Überblick über das thermische Durchgehen von Lithiumbatterien

Der thermische Runaway-Prozess der Lithiumbatterie umfasst zwei Formen: Primärexplosion und Verbrennungsexplosion. Im Stadium der Primärexplosion steigt die Innentemperatur der Lithiumbatterie. Wenn der Druck ansteigt, wird die Druckentlastungsöffnung der Lithiumbatterie geöffnet und Rauch wird kontinuierlich freigesetzt. Während der Verbrennungsexplosion kommt es in der Lithiumbatterie zu einem schweren Injektionsproblem. Eine große Menge leuchtender Hochtemperatursubstanzen wird aus dem Pluspol der Batterie herausgeschleudert, und gleichzeitig findet eine Sekundärverbrennung statt.

In der Niederspannungsumgebung dauert der Rauch, der während der thermischen Durchzündungs-Primärexplosion der Lithiumbatterie freigesetzt wird, lange, brennt nicht, nachdem die Injektion abgeschlossen ist, und die Helligkeit des ausgestoßenen Materials nimmt ebenfalls ab. In dieser Arbeit wurden Experimente zur thermischen Durchschlagreaktion an mehreren Lithiumbatterien in verschiedenen Druckumgebungen von 30kPa, 60kPa und 101kPa durchgeführt, um den Einfluss des Drucks auf die Temperatur der thermischen Durchschlagreaktion der positiven Elektrode der Batterie zu untersuchen.

2.Auswirkung der Niederdruckumgebung auf das thermische Durchgehen der Batterie

2.1 Auswirkung des niedrigen Umgebungsdrucks auf die Temperatur der Lithium-Ionen-Batteriezelle

Im Prozess der thermischen Durchzündung und Explosion der Lithiumbatterie führt der Abfall des Umgebungsdrucks bei unterschiedlicher Batterieladung zu einem Anstieg der Ansprechtemperatur des Batteriekörpers. Je höher der Druck ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit einer Explosion der Lithiumbatterie. Gleichzeitig sinkt die Verbrennungstemperatur des Lithiumbatteriekörpers mit zunehmender Ladung, und dieser Prozess wird nicht durch den Umgebungsdruck beeinflusst. Bei einer Ladung von 100 %, 50 % und 0 % steigt die Höchsttemperatur der Lithiumbatterie mit zunehmendem Druck. Je niedriger der Druck ist, desto geringer ist das Entzündungs- und Explosionsrisiko der Lithiumbatterie. Darüber hinaus steigt die maximale Temperatur der Lithiumbatterie bei verschiedenen Drücken mit zunehmender Ladung.

2.2 Auswirkungen der Niederdruckumgebung auf die Temperatur der Einspritzöffnung der Lithium-Ionen-Batterie

Bei der thermischen Durchbrennungsreaktion ist die Temperatur am Ausgang des positiven Endes der Batterie die Temperatur, die durch die thermische Durchbrennungsreaktion freigesetzt wird. Die Energiequelle für die thermische Durchschlagreaktion umfasst hauptsächlich die folgenden Bestandteile: Erstens die Energie, die durch die sekundäre Verbrennungsreaktion der brennbaren und entflammbaren Stoffe freigesetzt wird, die durch die Thermal-Runaway-Reaktion in einer Vielzahl von Druckumgebungen erzeugt werden. Zweitens die Hochtemperaturmaterialien und die Energie, die durch die thermische Durchbrennungsreaktion im Inneren der Lithiumbatterie freigesetzt werden. Durch wiederholte Experimente in verschiedenen Druckumgebungen von 30kPa, 60kPa und 101kPa kann festgestellt werden, dass die Niederdruckumgebung eine Vielzahl von Auswirkungen auf die durch das thermische Durchgehen von Lithiumbatterien verursachte Umgebungstemperatur hat, die sich in die folgenden Aspekte unterteilen lassen:

(1) 30kPa Druckumgebung

In einer Niederdruckumgebung von 30 kPa ist die am positiven Düsenauslass der Batterie gemessene Temperatur des thermischen Durchgehens hauptsächlich in fünf Spitzen unterteilt: die Spitzenwerte 1 und 2 treten während der ersten und zweiten thermischen Runaway-Reaktion auf, mit schmaler Spitzenbreite und kurzer Dauer der hohen Temperatur; ein Teil der Spitzenwerte 3 und 4 erschien in der dritten bis siebten thermischen Runaway-Reaktionsphase der Lithiumbatterie, wobei die Temperatur des Spitzenwerts 3 niedriger war, während der Spitzenwert 4 in der Zeit auftrat, als die thermische Runaway-Reaktion der Lithiumionenbatterie abgeschlossen war. Die Temperatur des Spitzenwerts 4 lag nahe an der des Spitzenwerts 5, und die Temperatur war höher; der Spitzenwert 5 erscheint, nachdem die vollständige Reaktion des thermischen Durchgehens abgeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt brennen die restlichen Brennstoffe, die aus den Lithium-Ionen und der Batteriehülle ausgestoßen werden. Daher ist die freigesetzte Temperatur hoch, die Breite des Spitzenwerts ist groß, und die hohe Temperatur hält lange Zeit an.

Daher ist die Anzahl der Temperaturspitzen, die während der thermischen Durchschlagsphase von Lithiumbatterien in einer 30kPa-Niederdruckumgebung freigesetzt werden, gering, und die Breite und die Anzahl der hohen Temperaturspitzen sind geringer als in einer 60kPa-Umgebung, so dass das Hochtemperaturrisiko des thermischen Durchschlags von Batterien geringer ist als in einer 60kPa-Yuli-Umgebung. Darüber hinaus ist die Sauerstoffkonzentration in der 30kPa-Niederdruck-Umgebung niedrig, was die interne gewalttätige thermische Durchbrennungsreaktion der Lithium-Ionen-Batterie bis zu einem gewissen Grad hemmen kann, wodurch es für die durch die thermische Durchbrennungsreaktion erzeugten brennbaren organischen Gase schwierig ist, die sekundäre Verbrennungsreaktion in der Niederdruckumgebung durchzuführen. Es wurde festgestellt, dass die exotherme thermische Durchbrennungsreaktion der internen Materialien der 30kPa Kalium-Ionen-Batterie der Grund für die in der Niederdruckumgebung erzeugte Hochtemperaturwärme ist.

(2) 60kPa Druckumgebung

Die thermische Durchbrennungsreaktion der Batterie bildet einen Verbrennungs- und Explosionsprozess, bei dem helle und hochtemperaturige Materialien versprüht werden, und erzeugt dann eine hohe Temperaturspitze. Bei einem Umgebungsdruck von 60 kPa kommt es in der Lithium-Ionen-Batterie zu 7 thermischen Durchbruchsreaktionen. Durch die Erkennung der Umgebungstemperatur der Lithium-Batterie Injektionsöffnung, wird festgestellt, dass es 5 thermische Durchbruch Hochtemperaturspitzen in der Reaktion, von denen 1 bis 4 Hochtemperaturspitzen sind vor allem in der siebten thermischen Durchbruch Reaktion konzentriert. Der Lithium-Ionen-Hochtemperaturspitzenwert 5 erscheint, nachdem die Durchlaufreaktion von sieben Batterien abgeschlossen ist. In dieser Phase versprüht die Kalium-Ionen-Batterie brennbare Stoffe und Kunststoffhäute und bildet durch die Verbrennungsreaktion einen Hochtemperaturpeak. Die Temperatur der Peaks 2, 3 und 4 beträgt etwa 800 ℃, und die Höchsttemperatur liegt bei etwa 1100 ℃. Die Peakbreite ist schmal. Verglichen mit der Druckumgebung von 101 kPa traten in der Umgebung von 60 kPa sieben thermische Durchbrennungsreaktionen auf: Die Temperaturspitze der Einspritzöffnung der Lithium-Ionen-Batterie beträgt vier, und die Analyse zeigt, dass die durch die thermische Durchbrennungsreaktion in Lok Lok eingespritzten pyrotechnischen Substanzen einen geringen Einfluss auf die hohe Temperatur haben. Wenn der Spitzenwert höher als 600 ℃ ist, wird die Breite schmaler. Daher ist die Dauer der hohen Temperatur, die durch die thermische Durchbrennungsreaktion in einer Niederdruckumgebung von 60 kPa erzeugt wird, verkürzt. Gleichzeitig ist die Hochtemperatur-Freisetzungsreaktion des thermischen Durchgehens in einer Druckumgebung von 60 kPa sicherer als unter Normaldruck, so dass die Sauerstoffkonzentration in dieser Umgebung niedriger ist als unter Normaldruck. Die bei hoher Temperatur freigesetzte Wärme setzt hauptsächlich Energie durch die thermische Reaktion der Materialien im Inneren der Batterie frei, und der andere Teil stammt aus dem brennbaren Gas, das durch die thermische Durchbrennungsreaktion im Inneren der Batterie erzeugt wird.

(3) 101kPa Druckumgebung

In einer Druckumgebung von 101 kPa, d. h. unter Normaldruck, kommt es in der Batterie unter bestimmten Bedingungen zu einer thermischen Durchbrennungsreaktion. Bei Lithium-Ionen-Batterien sind sieben schwere thermische Durchbruchsreaktionen in einer Niederspannungsumgebung aufgetreten. Während der Batteriereaktion wird die Hochtemperaturreaktionsspitze an einer Position etwa 30 mm darüber eingefangen, und die durch die dramatische Strahlverbrennungsreaktion verursachte Hochtemperaturspitze in der Umgebung ist im Allgemeinen gleichmäßig im Bereich des 1-7-fachen der thermischen Durchbrennungsreaktion verteilt. Alle Hochtemperaturspitzen liegen weit über 600 ℃, die Mindesttemperatur beträgt etwa 800 ℃, und die Höchsttemperatur kann 1100 ℃ erreichen. Zur gleichen Zeit, die Peak-Breite von Lithium-Ionen thermische Reaktion Freisetzung hoher Temperatur in 101 kPa ist groß, so dass die Freisetzung Temperatur dauert eine lange Zeit. Sieben außer Kontrolle geratene thermische Reaktionen in einer 101 kPa-Umgebung setzen Hochtemperatur-Energie frei und haben einen kontinuierlichen Hochtemperatur-Einfluss auf die Umgebung. Zu den Quellen der hohen Temperatur, die durch die thermische Runaway-Reaktion der Lithiumbatterie in einer Umgebung mit einem Atmosphärendruck von 101 kPa freigesetzt wird, gehören folgende Elemente: Im Inneren der Lithium-Ionen-Batterie findet eine intensive thermische Reaktion statt, um Energie freizusetzen; in der Lithiumbatterie bildet sich durch die Reaktion ein brennbares Gas, und in der Umgebung mit normalem Druck wird eine sekundäre Verbrennungsreaktion durchgeführt, um Wärme freizusetzen.