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Environnement à basse pression et emballement thermique

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Environnement à basse pression et emballement thermique

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Si la batterie au lithium apporte une certaine commodité dans la vie de chacun, sa sécurité est également un sujet de préoccupation pour tous. La combustion violente de l'électrolyte pénètre dans la plaque métallique et la limite d'explosion du gaz de pyrolyse est plus élevée que celle des hydrocarbures. La réaction d'emballement thermique de la batterie au lithium est susceptible de provoquer des événements dangereux, et sa caractéristique de haute température est un paramètre important et fondamental du risque d'incendie. Il est donc nécessaire d'étudier l'impact de l'environnement à basse tension sur la température d'emballement thermique des piles au lithium afin de réduire les risques liés à leur utilisation.

1. Aperçu de l'emballement thermique des piles au lithium

Le processus d'emballement thermique d'une pile au lithium comprend deux formes : l'explosion primaire et l'explosion de combustion. Au stade de l'explosion primaire, la température interne de la pile au lithium augmente. Si la pression augmente, l'orifice de décompression de la pile au lithium s'ouvre et de la fumée se dégage continuellement. Au cours du processus d'explosion par combustion, la pile au lithium présente un grave problème d'injection. Une grande quantité de substances lumineuses à haute température sera pulvérisée par le pôle positif de la pile, et une combustion secondaire se produira en même temps.

Dans un environnement à basse tension, la fumée dégagée lors de l'explosion primaire par emballement thermique de la pile au lithium prend beaucoup de temps, ne brûle pas une fois l'injection terminée et la luminosité de la matière éjectée diminue également. Dans cet article, des expériences de réaction d'emballement thermique ont été menées sur plusieurs piles au lithium dans différents environnements de pression de 30kPa, 60kPa et 101kPa afin d'étudier l'influence de la pression sur la température de l'emballement thermique de l'électrode positive de la pile.

2.Effet d'un environnement à basse pression sur l'emballement thermique de la batterie

2.1 Impact de l'environnement à basse pression sur la température de la cellule de la batterie au lithium-ion

Dans le processus d'emballement thermique et d'explosion de la batterie au lithium, lorsque la charge de la batterie est différente, la chute de la pression ambiante entraîne une augmentation de la température de réponse du corps de la batterie. Par conséquent, plus la pression est élevée, plus la probabilité d'explosion de la batterie au lithium est grande. Parallèlement, la température de combustion du corps de la batterie au lithium diminue également avec l'augmentation de la charge, et ce processus n'est pas affecté par l'environnement de pression. Lorsque la charge est de 100 %, 50 % et 0 %, la température maximale de la batterie au lithium augmente avec la pression. Plus la pression est faible, plus le risque d'inflammation et d'explosion de la batterie au lithium est faible. En outre, la température maximale de la pile au lithium sous différentes pressions augmentera avec l'augmentation de la charge.

2.2 Impact de l'environnement à basse pression sur la température du port d'injection de la batterie au lithium-ion

Dans la réaction d'emballement thermique, la température à la sortie de l'extrémité positive de la batterie est la température libérée par la réaction d'emballement thermique. La source d'énergie de l'emballement thermique comprend principalement les éléments suivants : Premièrement, l'énergie libérée par la réaction de combustion secondaire des substances combustibles et inflammables générées par l'emballement thermique dans divers environnements sous pression. Deuxièmement, les matériaux à haute température et l'énergie libérée par la réaction d'emballement thermique à l'intérieur de la pile au lithium. Grâce à des expériences répétées dans divers environnements sous pression de 30kPa, 60kPa et 101kPa, on peut constater que l'environnement à basse pression aura divers effets sur la température ambiante causée par l'emballement thermique des piles au lithium, qui peuvent être divisés selon les aspects suivants :

(1) Environnement de pression de 30kPa

Dans un environnement de basse pression de 30kPa, la température de dégagement de l'emballement thermique mesurée à la sortie du jet positif de la batterie est principalement divisée en cinq pics : les pics 1~4 de température élevée sont concentrés pendant la réaction d'emballement thermique de sept batteries ; les pics 1 et 2 se produisent pendant les première et deuxième réactions d'emballement thermique, avec une largeur de pic étroite et une courte durée de température élevée ; une partie des valeurs de pic 3 et 4 est apparue dans la phase de réaction d'emballement thermique de la troisième à la septième batterie au lithium, où la température de la valeur de pic 3 était plus basse, tandis que la valeur de pic 4 s'est produite dans la période où la réaction d'emballement thermique de la batterie au lithium-ion a été achevée. La température de la valeur de crête 4 était proche de celle de la valeur de crête 5, et la température était plus élevée ; la valeur de crête 5 apparaît après la fin de la réaction d'emballement thermique. À ce moment-là, les combustibles résiduels éjectés du lithium-ion et de la peau de la batterie brûlent. Par conséquent, la température libérée est élevée, la largeur de la valeur de crête est importante et la température élevée dure longtemps.

Par conséquent, le nombre de pics de température libérés pendant la phase d'emballement thermique des piles au lithium dans un environnement de basse pression de 30kPa est faible, et la largeur et le nombre de pics de température élevés sont inférieurs à ceux d'un environnement de 60kPa, de sorte que le risque d'emballement thermique des piles à haute température est inférieur à celui d'un environnement de 60kPa Yuli. En outre, la concentration d'oxygène dans la culture environnementale à basse pression de 30 kPa est faible, ce qui peut inhiber la réaction d'emballement thermique violente interne de la batterie au lithium-ion dans une certaine mesure, rendant difficile pour les substances combustibles de gaz organique générées par la réaction d'emballement thermique de mener la réaction de combustion secondaire dans l'environnement à basse pression. Il s'avère que la réaction exothermique d'emballement thermique des matériaux internes de la batterie au lithium-ion de 30 kPa est à l'origine de la chaleur à haute température générée dans l'environnement à basse pression.

(2) Environnement à 60 kPa de pression

La réaction d'emballement thermique de la batterie forme un processus de combustion et d'explosion par pulvérisation de matériaux brillants et à haute température, et produit ensuite un pic de haute température. Lorsque la pression ambiante est de 60kPa, la batterie lithium-ion présente 7 réactions d'emballement thermique. La détection de la température ambiante du port d'injection de la batterie au lithium permet de constater qu'il y a 5 pics de température élevée dans la réaction d'emballement thermique, dont 1 à 4 pics de température élevée sont principalement concentrés dans la septième réaction d'emballement thermique. La valeur 5 du pic de température élevée de l'ion lithium apparaît après l'achèvement de la réaction d'emballement de sept piles. À ce stade, la batterie ion-potassium pulvérise des combustibles et des peaux en plastique pour former un pic de température élevée par réaction de combustion. La température des pics 2, 3 et 4 est d'environ 800 ℃, et la température maximale est d'environ 1100 ℃. La largeur du pic est étroite. Par rapport à l'environnement sous pression de 101kPa, sept réactions d'emballement thermique se sont produites dans l'environnement de 60kPa : le pic de température du port d'injection de la batterie lithium-ion est de quatre, et l'analyse montre que les substances pyrotechniques injectées par la réaction d'emballement thermique dans Lok Lok ont un faible impact sur la température élevée. Si la valeur de crête est supérieure à 600 ℃, la largeur se réduit. Par conséquent, la durée de la température élevée générée par la réaction d'emballement thermique dans un environnement de basse pression de 60kPa est raccourcie. En même temps, la réaction de dégagement de haute température de l'emballement thermique dans un environnement sous pression de 60kPa est plus sûre que celle sous pression normale, de sorte que la concentration d'oxygène dans cet environnement est inférieure à celle sous pression normale. La chaleur dégagée à haute température libère principalement de l'énergie par la réaction thermique des matériaux à l'intérieur de la batterie, et l'autre partie provient du gaz combustible généré par la réaction d'emballement thermique à l'intérieur de la batterie.

(3) Environnement sous pression de 101 kPa

Dans un environnement de pression de 101 kPa, c'est-à-dire sous une pression normale, la batterie subit à son tour une réaction d'emballement thermique dans certaines conditions. Les batteries au lithium-ion ont connu sept réactions d'emballement thermique graves dans un environnement à basse tension. Pendant la réaction de la batterie, le pic de réaction à haute température sera capturé à une position située à environ 30 mm au-dessus, et le pic de haute température environnementale causé par la réaction de combustion du jet dramatique sera généralement réparti uniformément dans la plage de 1 à 7 fois la réaction d'emballement thermique. Tous les pics de haute température sont largement supérieurs à 600 ℃, la température minimale est d'environ 800 ℃ et la température maximale peut atteindre 1100 ℃. Dans le même temps, la largeur du pic de la réaction thermique de l'ion lithium libérant une température élevée dans 101 kPa est importante, de sorte que la température de libération dure longtemps. Sept réactions thermiques incontrôlées dans un environnement de 101 kPa libéreront de l'énergie à haute température et auront un impact continu à haute température sur le milieu environnant. En outre, les sources de haute température libérées par la réaction d'emballement thermique d'une batterie au lithium dans un environnement où la pression atmosphérique est de 101 kPa comprennent les éléments suivants : une réaction thermique intense a lieu à l'intérieur de la batterie au lithium ionique pour libérer de l'énergie ; un gaz inflammable se forme dans la batterie au lithium par réaction, et une réaction de combustion secondaire a lieu dans un environnement à pression normale pour libérer de la chaleur.