Bakgrund

Den termiska fortplantningen av en modul upplever följande steg: Värmeackumulering efter celltermisk missbruk, celltermisk runaway och sedan modultermisk runaway. Termisk flykt från en enda cell är inte inflytelserik; Men när värmen sprider sig till andra celler, kommer spridningen att orsaka en dominoeffekt, vilket leder till att hela modulen rinner av termiskt och frigör enorm energi. Figur 1visas resultatet av termiskt runaway-test. Modulen brinner på grund av oemotståndlig utbredning.

Värmeledningsförmågan inuti en cell kommer att vara olika beroende på olika riktningar. Värmeledningskoefficienten blir högre i riktningenparallellmed rullkärnan i en cell; medan riktningen som är vertikal mot valskärnan har lägre konduktivitet. Därför är termisk spridning från sida till sida mellan celler snabbare än den gör genom flikar till celler. Därför kan utbredningen ses som en endimensionell utbredning. Eftersom batterimoduler är designade för högre energitäthet, blir utrymmet mellan cellerna mindre, vilket kommer att försämra den termiska utbredningen. Därför kommer att undertrycka eller blockera spridningen av värme i modulen att betraktas som eneffektsätt att minska riskerna. 

Sättet att undertrycka termisk runaway i en modul

Vi kan begränsa termisk flykt aktivt eller passivt.

Aktiv undertryckning

Aktiv termisk spridningsdämpning är mestadels baserad på värmehanteringssystem, som:

1) Placera kylrör på botten eller insidan av en modul och fyll på med kylvätska. Flödet av kylvätska kan effektivt minska utbredningen.

2) Sätt upp brandsläckningsrör på toppen av en modul. När det finns termisk flykt kommer den högtemperaturgas som släpps ut från batteriet att få rören att spruta ut släckmedel för att undertrycka utbredningen.

En termisk hantering kräver dock extra komponenter, vilket leder till högre kostnader och lägre energitäthet. Det finns också möjlighet att ledningssystemet inte träder i kraft.

Passiv undertryckning

Passiv suppression fungerar genom att blockera fortplantningen genom adiabatiskt material mellan termiska rinnande celler och normala celler.

Normalt ska materialet innehålla i:

1. Låg värmeledningsförmåga. Detta för att sänka hastigheten på värmespridningen.
2. Hög temperaturbeständighet. Materialet bör inte lösas under hög temperatur och förlora förmågan till termisk motstånd.
3. Låg densitet. Detta för att minska inverkan av volym-energihastighet och massenergihastighet.

Det ideala materialet kan samtidigt blockera värmespridningen samt absorbera värmen.

Analys av material

• Aerogel

Aerogel kallas för "det lättaste värmeisoleringsmaterialet". Det är väl utfört i värmeisolering och väger lätt. Den används ofta i batterimodul för termiskt utbredningsskydd. Det finns många typer av aerogel, som kiseldioxidaerogel, aerogel, glasfiberaerogel och föroxiderad fiber. Aerogel värmeisoleringsskikt av olika material har olika inverkan på termisk runaway. Detta beror på att variationen av värmeledningskoefficient, som är starkt relaterad till dess mikrostruktur. Figur 2 visar SEM-utseendet för olika material före och efter bränning.

Forskning visar att även om fibervärmeisolering är lägre i pris, är prestandan för att blockera värmeutbredning sämre än aerogelmaterial. Bland olika typer av aerogelmaterial presterar föroxiderad fiber aerogel bäst, eftersom den behåller strukturen efter bränning. Keramisk fiber aerogel fungerar också bra i värmeisolering.

• Fasbytesmaterial

Fasförändringsmaterial används också i stor utsträckning för att undertrycka termisk spridning på grund av dess lagring av värme. Vax är en vanlig PCM, med stabil fasförändringstemperatur. Under termiskförrymd, värme frigörs massivt. Därför bör PCM ha högprestandaav att absorbera värme. Vax har dock låg värmeledningsförmåga, vilket påverkar värmeabsorptionen. För att främja dess prestanda försöker forskare kombinera vax med andra material, som att lägga till metallpartiklar, använda metallskum för att ladda PCM, lägga tillgrafit, kolnanorör eller expanderad grafit, etc. Expanderad grafit kan också hålla tillbaka lågan som orsakas av termisk flykt.

Hydrofil polymer är också ett slags PCM för att begränsa termisk bana. Vanliga hydrofila polymermaterial är: kolloidal kiseldioxid, mättad kalciumkloridlösning,Tetraetylfosfat, tetrafenylvätefosfat, sodiumpolyakrylat, etc.

•  Hybridmaterial

Thermal runaway kan inte hållas tillbaka om vi bara litar på aerogel. För att lyckasisoleravärmen måste vi kombinera aerogelen med PCM.

Förutom hybridmaterialet kan vi även konstruera flerskiktsmaterial med olika värmeledningskoefficienter i olika riktningar. Vi kan använda material med hög värmeledningsförmåga för att leda värmen ut ur modulen, och placera värmeisoleringsmaterial mellan celler för att begränsa termisk utbredning.

Slutsats

Att kontrollera termisk spridning är ett komplicerat ämne. Vissa tillverkare gjorde några lösningar för att undertrycka värmespridningen, men de letar fortfarande efter något nytt, för att sänka kostnaden och påverkan på energitätheten. Vi fokuserar fortfarande på den senaste forskningen. Det finns ingen"super material” som totalt kan blockera termisk flykt. Det krävs många experiment för att få de bästa lösningarna.