Sự thoát nhiệt của pin lithium thực sự là một hiện tượng không thể tránh khỏi, chủ yếu là do tính chất hóa học phản ứng cao của kim loại lithium, khiến cho việc xử lý, lưu trữ và sử dụng kim loại lithium có yêu cầu cao về môi trường.
1. Nguyên nhân gây thoát nhiệt của pin lithium
1.1 Ngắn mạch bên trong: Khi xảy ra đoản mạch giữa cực dương và cực âm bên trong pin, một lượng nhiệt lớn được sinh ra khiến nhiệt độ pin tăng nhanh dẫn đến sinh nhiệt không kiểm soát được. Đoản mạch có thể do khiếm khuyết trong quá trình sản xuất pin, vỡ màng do lão hóa pin hoặc sự phát triển của dendrite xuyên qua màng.
1.2 Sạc quá mức: Khi pin bị sạc quá mức, chất điện phân bên trong sẽ trải qua phản ứng phân hủy, tạo ra một lượng lớn khí và nhiệt, dẫn đến nhiệt độ pin tăng nhanh và gây thoát nhiệt. Việc sạc quá mức có thể do trục trặc của bộ sạc, lỗi hệ thống quản lý pin (BMS) hoặc do người dùng thao tác không đúng cách.
1.3 Thiệt hại bên ngoài:Khi pin bị hỏng do va đập, nén hoặc đâm thủng, chất điện phân bên trong sẽ rò rỉ ra ngoài và phản ứng hóa học với oxy trong không khí, tạo ra một lượng nhiệt và khí lớn, dẫn đến nhiệt độ pin tăng nhanh và gây thoát nhiệt.
1.4 Lão hóa pin: Khi sử dụng pin trong thời gian dài, chất điện phân bên trong sẽ dần bị phân hủy và già đi, dẫn đến giảm dung lượng pin, tăng điện trở trong và giảm hiệu suất tản nhiệt, cuối cùng có thể dẫn đến hiện tượng thoát nhiệt. của pin.
1.5 Môi trường nhiệt độ cao:Pin lithium hoạt động lâu dài trong môi trường nhiệt độ cao có thể khiến nhiệt độ bên trong pin tiếp tục tăng, dẫn đến hiện tượng nóng lên không kiểm soát được.
2. Biện pháp khắc phục hiện tượng thoát nhiệt của pin lithium
2.1 Cải thiện độ chính xác trong sản xuất pin:Kiểm soát chặt chẽ chất lượng của tấm điện cực và dải phân cách trong quá trình sản xuất. Thiết bị cắt có độ chính xác cao được sử dụng để đảm bảo rằng bộ phân cực không có gờ và các phương pháp kiểm tra chất lượng tiên tiến được sử dụng để đảm bảo tính toàn vẹn và tính đồng nhất của màng ngăn.
2.2 Tối ưu hóa việc lựa chọn và tỷ lệ vật liệu: Chọn vật liệu và chất điện phân dương và âm ổn định. Đối với vật liệu điện cực dương, vừa đáp ứng yêu cầu về mật độ năng lượng, cần ưu tiên hệ thống vật liệu có độ ổn định nhiệt tốt. Đồng thời, chọn vật liệu điện cực âm có thể tạo thành màng SEI ổn định, điều chỉnh thành phần chất điện phân hợp lý, bổ sung một số chất phụ gia ổn định nhiệt để ngăn chặn sự phân hủy của chất điện phân.
2.3 Tăng cường kiểm soát chất lượng lắp ráp pin: Thiết lập các quy trình và tiêu chuẩn lắp ráp nghiêm ngặt, đảm bảo lắp ráp chính xác các bộ phận như điện cực và dải phân cách thông qua thiết bị lắp ráp tự động, đồng thời tiến hành các thử nghiệm niêm phong nghiêm ngặt trên pin đã lắp ráp.
2.4 Phương pháp sạc, xả đúng:Sử dụng bộ sạc đáp ứng các thông số kỹ thuật của pin để tránh sạc quá mức và xả quá mức. Đối với thiết bị pin lithium, nên đặt điện áp cắt sạc và xả hợp lý, đồng thời nhúng thuật toán sạc thông minh vào phần mềm thiết bị hoặc thiết bị sạc để tự động điều chỉnh dòng điện và điện áp sạc theo trạng thái của pin.
2.5 Kiểm soát nhiệt độ môi trường sử dụng:Cố gắng tránh sử dụng và bảo quản pin ở môi trường có nhiệt độ cao. Nếu sử dụng pin cho các thiết bị trong môi trường nhiệt độ cao thì cần lắp đặt các thiết bị tản nhiệt hiệu quả như tản nhiệt, quạt,….
2.6 Kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ:Đối với thiết bị pin lithium được sử dụng trong thời gian dài, pin phải được kiểm tra thường xuyên, bao gồm kiểm tra bằng mắt (đối với độ phồng, rò rỉ, v.v.) và kiểm tra hiệu suất (đối với các chỉ số như công suất và điện trở trong).
3. Chiến lược ứng phó của quốc gia và ngành đối với sự thoát nhiệt của pin lithium
3.1 Nâng cao tiêu chuẩn quốc phòng: Cục Cứu hỏa và Cứu hộ Quốc gia và các cơ quan liên quan khác đã đề xuất cải thiện các tiêu chuẩn phòng cháy của tòa nhà, thay đổi các khái niệm phòng chống cháy nổ và giảm thiểu tác hại do sự thoát nhiệt của pin lithium.
3.2 Tăng cường đột phá công nghệ: Khuyến khíche chủ trì các nhà sản xuất và doanh nghiệp liên quan tăng cường nghiên cứu và phát triển công nghệ, cải tiến quy trình sản xuất và nâng cao hiệu suất an toàn của các vật liệu chính như chất điện phân và màng.
3.3 Thúc đẩy các công nghệ pin mới:Pin thể rắn và các công nghệ pin mới khác có mật độ năng lượng cao hơn và hiệu suất ổn định hơn, trở thành điểm nóng nghiên cứu cho các phương tiện sử dụng năng lượng mới. Mặc dù quy trình sản xuất pin thể rắn rất phức tạp và tốn kém nhưng với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ và giảm chi phí, dự kiến nó sẽ thay thế pin lỏng trong tương lai và giảm nguy cơ thoát nhiệt.
4. Con đường phát triển của công nghệ an toàn pin lithium vẫn còn dài
Với ứng dụng rộng rãi của pin lithium-ion trong xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng, thiết bị điện tử cầm tay và các lĩnh vực khác, vấn đề an toàn của chúng cũng ngày càng nhận được sự quan tâm.
4.1 Nghiên cứu đổi mới vật liệu pin:
Hiện nay, pin lithium-ion chủ yếu dựa vào các vật liệu điện cực dương như oxit lithium coban và oxit coban mangan lithium niken, cũng như các vật liệu điện cực âm dựa trên than chì hoặc silicon. Những vật liệu này có thể gây ra các mối nguy hiểm về an toàn như thoát nhiệt và đoản mạch trong quá trình sạc và xả.
Vì vậy, nghiên cứu vật liệu pin an toàn hơn và ổn định hơn là hướng đi quan trọng đối với công nghệ an toàn pin lithium. Ví dụ, pin thể rắn đã thu hút nhiều sự chú ý do mật độ năng lượng cao hơn và độ an toàn tốt hơn.
4.2 Tối ưu hóa hệ thống quản lý pin (BMS):
BMS là một trong những thành phần cốt lõi của bộ pin lithium-ion, chịu trách nhiệm giám sát điện áp, dòng điện, nhiệt độ và các thông số khác của bộ pin, đồng thời kiểm soát việc sạc và xả dựa trên các thông số này.
Bằng cách tối ưu hóa thuật toán BMS và thiết kế phần cứng, độ an toàn của bộ pin có thể được cải thiện. Ví dụ: bằng cách theo dõi tình trạng sức khỏe của bộ pin theo thời gian thực, các vấn đề an toàn tiềm ẩn có thể được cảnh báo và giải quyết kịp thời.
4.3 Tiến bộ trong công nghệ quản lý nhiệt pin:
Pin lithium ion tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động và nếu nhiệt không được tiêu tán kịp thời có thể khiến nhiệt độ của pin tăng cao, dẫn đến các vấn đề về an toàn.
Vì vậy, nghiên cứu công nghệ quản lý nhiệt pin hiệu quả hơn cũng là hướng đi quan trọng đối với công nghệ an toàn pin lithium. Ví dụ, áp dụng các phương pháp làm mát bằng chất lỏng, làm mát bằng không khí và các phương pháp tản nhiệt khác, cũng như phát triển các giải pháp tích hợp hiệu quả hơn cho hệ thống quản lý nhiệt.
4.4 Cải tiến công nghệ sản xuất và thử nghiệm pin:
Quá trình sản xuất pin lithium-ion có tác động đáng kể đến chất lượng của chúng.an toàn. Ví dụ, các khuyết tật và tạp chất bên trong pin có thể gây ra các vấn đề về an toàn.
Do đó, cải tiến công nghệ kiểm tra và kiểm soát chất lượng trong quy trình sản xuất pin cũng là một phần quan trọng của công nghệ an toàn pin lithium. Bằng cách áp dụng các thiết bị sản xuất và phương pháp thử nghiệm tiên tiến hơn, các khuyết tật và tạp chất bên trong pin có thể được giảm thiểu và độ an toàn của pin có thể được cải thiện.
4.5 Xây dựng và hoàn thiện các quy định, tiêu chuẩn:
Với việc ứng dụng rộng rãi pin lithium-ion, các quy định và tiêu chuẩn liên quan không ngừng được cải tiến. Các quy định và tiêu chuẩn này đưa ra các yêu cầu và quy định rõ ràng về sự an toàn của pin lithium-ion.
Do đó, tăng cường xây dựng và cải tiến các quy định, tiêu chuẩn cũng là một hướng quan trọng để phát triển công nghệ an toàn pin lithium. Bằng cách xây dựng các quy định và tiêu chuẩn chặt chẽ hơn, có thể thúc đẩy sự tiến bộ và cải tiến liên tục của công nghệ an toàn pin lithium.