Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu về các nguy cơ nhiệt của pin lithium ion 18650 bằng phương pháp đo nhiệt lượng cháy
Tóm tắt
Trong các ứng dụng của pin lithium ion, việc đánh giá chính xác các nguy cơ cháy nổ là điều cần thiết. Trong nghiên cứu hiện tại, một nhiệt lượng kế cháy được sử dụng để kiểm tra hiệu suất cháy của hai loại pin lithium ion 18650 thương mại (LiCoO2 và LiFePO4) ở các trạng thái sạc khác nhau (SOC). Các đặc tính về nguy cơ nhiệt của pin lithium ion bao gồm nhiệt độ bề mặt, thời gian thoát đầu tiên, mất khối lượng và tỷ lệ giải phóng nhiệt (HRR) được đo và đánh giá. Trong trường hợp quá nhiệt, tất cả các pin lithium ion sẽ làm vỡ vỏ và bắt lửa, thậm chí tự bùng nổ. Sự phân hủy của lớp điện phân rắn và sự co lại của màng phân tách polymer là những nguyên nhân trực tiếp gây ra cháy pin lithium ion. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng HRR và tổng nhiệt nói chung tăng lên khi SOC tăng, trong khi thời gian đến lần thoát đầu tiên và khoảng thời gian giữa lần thoát đầu tiên và thứ hai giảm. Pin LiCoO2 18650 cho thấy nguy cơ nổ cao hơn pin LiFePO4 18650, do pin trước đã giải phóng nhiều oxy hơn. Nhiệt lượng cháy tính toán và điều chỉnh trong phương pháp tiêu thụ oxy cho thấy rằng oxy được sinh ra bên trong có ảnh hưởng đáng kể đến ước lượng nhiệt, trong đó tỷ lệ điều chỉnh lớn nhất là 29,9 cho pin LiCoO2 18650 ở 100% SOC. Các kết quả có thể cung cấp cơ sở khoa học cho việc bảo vệ cháy trong quá trình lưu trữ và phân phối pin lithium ion.
Từ khóa
#pin lithium ion #nguy cơ nhiệt #nhiệt lượng kế #LiCoO2 #LiFePO4Tài liệu tham khảo
Ritchie A, Howard W. Recent developments and likely advances in lithium-ion batteries. J Power Sources. 2006;162(2):809–12.
Fergus JW. Recent developments in cathode materials for lithium ion batteries. J Power Sources. 2010;195(4):939–54.
Farrington MD. Safety of lithium batteries in transportation. J Power Sources. 2001;96(1):260–5.
Wang Q, Ping P, Zhao X, Chu G, Sun J, Chen C. Thermal runaway caused fire and explosion of lithium ion battery. J Power Sources. 2012;208:210–24.
Roth EP, Doughty DH. Thermal abuse performance of high-power 18650 Li-ion cells. J Power Sources. 2004;128(2):308–18.
Aurbach D, Teller H, Koltypin M, Levi E. On the behavior of different types of graphite anodes. J Power Sources. 2003;119:2–7.
Chen X, Usrey M, Peña-Hueso A, West R, Hamers RJ. Thermal and electrochemical stability of organosilicon electrolytes for lithium-ion batteries. J Power Sources. 2013;241:311–9.
Liu Y, Mi C, Yuan C, Zhang X. Improvement of electrochemical and thermal stability of LiFePO4 cathode modified by CeO2. J Electroanal Chem. 2009;628(1):73–80.
Venugopal G, Moore J, Howard J, Pendalwar S. Characterization of microporous separators for lithium-ion batteries. J Power Sources. 1999;77(1):34–41.
Duh YS, Kao CS, Ou WJ, Hsu JM. Thermal instabilities of organic carbonates with charged cathode materials in lithium-ion batteries. J Therm Anal Calorim. 2014;116(3):1105–10.
Weng Y, Xu S, Huang G, Jiang C. Synthesis and performance of Li[(Ni1/3Co1/3Mn1/3)1− xMgx]O2 prepared from spent lithium ion batteries. J Hazard Mater. 2013;246:163–72.
Wen CY, Jhu CY, Wang YW, Chiang CC, Shu CM. Thermal runaway features of 18650 lithium-ion batteries for LiFePO4 cathode material by DSC and VSP2. J Therm Anal Calorim. 2012;109(3):1297–302.
Jhu CY, Wang YW, Wen CY, Chiang CC, Shu CM. Self-reactive rating of thermal runaway hazards on 18650 lithium-ion batteries. J Therm Anal Calorim. 2011;106(1):159–63.
Ribière P, Grugeon S, Morcrette M, Boyanov S, Laruelle S, Marlair G. Investigation on the fire-induced hazards of Li-ion battery cells by fire calorimetry. Energy Environ Sci. 2012;5(1):5271–80.
Thornton WM. The relation of oxygen to the heat of combustion of organic compounds. The London, Edinburgh Dublin Philos Mag J Sci. 1917;33(194):196–203.
Janssens ML. Measuring rate of heat release by oxygen consumption. Fire Technol. 1991;27(3):234–49.
Huggett C. Estimation of rate of heat release by means of oxygen consumption measurements. Fire Mater. 1980;4(2):61–5.
Wang Q, Sun J, Yao X, Chen C. Thermal behavior of lithiated graphite with electrolyte in lithium-ion batteries. J Electrochem Soc. 2006;153(2):A329–33.
Lu TY, Chiang CC, Wu SH, Chen KC, Lin SJ, Wen CY, Shu CM. Thermal hazard evaluations of 18650 lithium-ion batteries by an adiabatic calorimeter. J Therm Anal Calorim. 2013;114(3):1083–8.
Jiang J, Dahn JR. ARC studies of the thermal stability of three different cathode materials: LiCoO2; Li[Ni0.1Co0.8Mn0.1]O2; and LiFePO4, in LiPF6 and LiBoB EC/DEC electrolytes. Electrochem Commun. 2004;6(1):39–43.
MacNeil DD, Dahn JR. The reaction of charged cathodes with nonaqueous solvents and electrolytes: I. Li0. 5CoO2. J Electrochem Soc. 2001;148(11):A1205–10.
Joachin H, Kaun TD, Zaghib K, Prakash J. Electrochemical and thermal studies of carbon-coated LiFePO4 cathode. J Electrochem Soc. 2009;156(6):A401–6.
Kim J, Park KY, Park I, Yoo JK, Hong J, Kang K. Thermal stability of Fe–Mn binary olivine cathodes for Li rechargeable batteries. J Mater Chem. 2012;22:11964–70.
Chen M, He Y, Zhou D, Richard Y, Wang J. Experimental study on the combustion characteristics of primary lithium batteries fire. Fire Technol. 2014;. doi:10.1007/s10694-014-0450-1.