Saat ini, berbagai perusahaan otomotif menggunakan baterai lithium secara besar-besaran dalam baterai daya, dan kepadatan energinya semakin tinggi, tetapi kekhawatiran terhadap keamanan baterai daya masih belum teratasi, dan belum ada solusi yang memadai untuk masalah keamanan baterai. Pelepasan panas berlebih (thermal runaway) adalah objek penelitian utama dalam keamanan baterai daya, dan hal ini patut menjadi fokus perhatian.
Pertama-tama, mari kita pahami apa itu pelarian termal (thermal runaway). Pelarian termal adalah fenomena reaksi berantai yang dipicu oleh berbagai pemicu, menghasilkan sejumlah besar panas dan gas berbahaya yang dikeluarkan oleh baterai dalam waktu singkat, yang bahkan dapat menyebabkan baterai terbakar dan meledak dalam kasus yang serius. Ada banyak alasan terjadinya pelarian termal, seperti panas berlebih, pengisian daya berlebih, korsleting internal, benturan, dll. Pelarian termal baterai sering dimulai dari dekomposisi lapisan SEI negatif di dalam sel baterai, diikuti oleh dekomposisi dan peleburan diafragma, yang mengakibatkan elektroda negatif dan elektrolit terbakar, kemudian diikuti oleh dekomposisi elektroda positif dan elektrolit, sehingga memicu korsleting internal skala besar, menyebabkan elektrolit terbakar, yang kemudian menyebar ke sel lain, menyebabkan pelarian termal yang serius dan memungkinkan seluruh paket baterai menghasilkan pembakaran spontan.
Penyebab pelarian termal dapat dibagi menjadi penyebab internal dan eksternal. Penyebab internal seringkali disebabkan oleh korsleting internal; penyebab eksternal disebabkan oleh penyalahgunaan mekanis, penyalahgunaan listrik, penyalahgunaan termal, dan lain sebagainya.
Korsleting internal, yaitu kontak langsung antara terminal positif dan negatif baterai, sangat bervariasi dalam tingkat kontak dan reaksi yang ditimbulkannya. Biasanya, korsleting internal besar-besaran yang disebabkan oleh penyalahgunaan mekanis dan termal akan langsung memicu pelarian termal (thermal runaway). Sebaliknya, korsleting internal yang berkembang sendiri relatif kecil, dan panas yang dihasilkannya sangat kecil sehingga tidak langsung memicu pelarian termal. Perkembangan internal secara mandiri umumnya meliputi cacat produksi, penurunan berbagai sifat yang disebabkan oleh penuaan baterai, seperti peningkatan resistansi internal, endapan logam litium yang disebabkan oleh penyalahgunaan ringan jangka panjang, dan lain-lain. Seiring berjalannya waktu, risiko korsleting internal yang disebabkan oleh penyebab internal tersebut akan meningkat secara bertahap.
Penyalahgunaan mekanis mengacu pada deformasi monomer baterai litium dan paket baterai akibat gaya eksternal, serta perpindahan relatif berbagai bagiannya. Bentuk utama kerusakan pada sel listrik meliputi benturan, ekstrusi, dan tusukan. Misalnya, benda asing yang tersentuh oleh kendaraan dengan kecepatan tinggi secara langsung menyebabkan kerusakan diafragma internal baterai, yang kemudian menyebabkan korsleting di dalam baterai dan memicu kebakaran spontan dalam waktu singkat.
Penyalahgunaan listrik pada baterai lithium umumnya meliputi korsleting eksternal, pengisian berlebih, pengosongan berlebih, dan beberapa bentuk lainnya, yang kemungkinan besar akan berkembang menjadi pelarian termal akibat pengisian berlebih. Korsleting eksternal terjadi ketika dua konduktor dengan tekanan berbeda dihubungkan di luar sel. Korsleting eksternal pada paket baterai dapat disebabkan oleh deformasi akibat tabrakan kendaraan, perendaman air, kontaminasi konduktor, atau sengatan listrik selama perawatan. Biasanya, panas yang dilepaskan dari korsleting eksternal tidak memanaskan baterai, berbeda dengan tusukan. Hubungan penting antara korsleting eksternal dan pelarian termal adalah suhu yang mencapai titik panas berlebih. Ketika panas yang dihasilkan oleh korsleting eksternal tidak dapat dihilangkan dengan baik, suhu baterai akan meningkat dan suhu tinggi tersebut memicu pelarian termal. Oleh karena itu, memutus arus korsleting atau menghilangkan panas berlebih adalah cara untuk mencegah korsleting eksternal menyebabkan kerusakan lebih lanjut. Pengisian berlebih, karena energinya yang besar, merupakan salah satu bahaya terbesar dari penyalahgunaan listrik. Pembentukan panas dan gas adalah dua ciri umum dari proses pengisian berlebih. Pembentukan panas berasal dari panas ohmik dan reaksi samping. Pertama, dendrit litium tumbuh di permukaan anoda karena adanya pengendapan litium yang berlebihan.
Langkah-langkah perlindungan terhadap pelarian termal:
Pada tahap panas yang dihasilkan sendiri untuk menghambat pelarian termal inti, kita memiliki dua pilihan, pertama adalah meningkatkan dan memperbarui material inti, esensi pelarian termal terutama terletak pada stabilitas material elektroda positif dan negatif serta elektrolit. Di masa depan, kita juga perlu membuat terobosan yang lebih tinggi dalam pelapisan material katoda, modifikasi, kompatibilitas elektrolit homogen dan elektroda, serta meningkatkan konduktivitas termal inti. Atau memilih elektrolit dengan keamanan tinggi untuk berperan sebagai penghambat api. Kedua, perlu mengadopsi solusi manajemen termal yang efisien (Pemanas Cairan Pendingin PTC/ Pemanas Udara PTC) dari luar untuk menekan kenaikan suhu baterai Li-ion, sehingga memastikan bahwa lapisan SEI sel tidak akan naik ke suhu pelarutan, dan secara alami, pelarian termal tidak akan terjadi.
Waktu posting: 17 Maret 2023
