L'emballement thermique est une réaction incontrôlée qui peut se produire dans les batteries lithium-ion. Au-delà d'un certain niveau, la température de la batterie augmente de manière incontrôlée.
Le processus d'emballement thermique peut être déclenché par une température élevée, et il existe une température de début d'emballement thermique au-delà de laquelle la température de la batterie augmente de manière incontrôlée.
L'emballement thermique est une réaction incontrôlée qui peut se produire dans les batteries lithium-ion. Un dommage à la batterie ou un court-circuit peut provoquer une accumulation de chaleur et de pression dans la batterie. Si cette pression atteint un certain niveau, elle déclenche des réactions chimiques qui génèrent davantage de chaleur et de pression, provoquant une boucle de rétroaction positive. L'emballement thermique peut rapidement se propager d'une batterie à l'autre, entraînant des explosions et des incendies catastrophiques. Les sous-produits de l'emballement thermique peuvent inclure de grandes quantités d'hydrogène inflammable et d'autres gaz fluoroorganiques toxiques.
Les déclencheurs potentiels de l'emballement thermique comprennent la surcharge de la batterie, la surchauffe de la batterie ou son exposition à des températures élevées, un taux de décharge trop élevé, un court-circuit ou un dommage tel qu'une perforation.
Chacun de ces facteurs peut déstabiliser les matériaux à haute énergie et les composants organiques de la batterie, ce qui les amène à générer leur propre chaleur. Si cette chaleur ne se dissipe pas assez rapidement, la température de la batterie continue d'augmenter, ce qui accélère le processus d'évacuation de la chaleur.
L'emballement thermique affecte les niveaux de tension, de température et de pression de la batterie. Juste avant l'emballement thermique, la tension de la batterie chute en raison de la délamination des électrodes. Les réactions chimiques exothermiques provoquent une augmentation de la température, tandis que la production de gaz issue des réactions chimiques, associée à l'évaporation de l'électrolyte, entraîne une augmentation de la pression interne de la batterie.
Pour gérer correctement un emballement thermique, il est essentiel de mettre en place certaines mesures de sécurité. Celles-ci visent à prévenir l'emballement thermique en premier lieu, puis à atténuer l'impact négatif et à soulager les problèmes de sécurité associés à ce type d'événement.
Parmi les mesures de sécurité préventives, citons un boîtier de batterie robuste, un système de refroidissement efficace et des caractéristiques de conception et de contrôle de protection. Des additifs ignifuges peuvent être utilisés dans l'électrolyte ou le séparateur pour améliorer la stabilité thermique de la batterie et l'empêcher de s'enflammer.
En cas d'échec des mesures de sécurité préventives, la deuxième ligne de défense comprend des mesures de sécurité visant à arrêter ou à réduire les dommages dus à l'emballement thermique. L'une de ces mesures est l'arrêt du séparateur. L'avantage d'utiliser un séparateur en gel polymère est qu'il agit également comme un fusible thermique. Le séparateur fond et sa structure se désagrège bien avant que la température de la batterie n'atteigne le seuil d'emballement thermique. Le transport des ions de lithium est ainsi stoppé, ce qui a pour effet d'éteindre la cellule de la batterie. Le seul problème est que le séparateur met du temps à s'effondrer, de sorte que l'arrêt du séparateur ne stoppe pas complètement toutes les réactions chimiques et que la température peut continuer à augmenter - et l'emballement thermique peut se poursuivre.
À ce stade, des gaz inflammables s'accumulent à l'intérieur de la batterie, augmentant encore la pression et la température. L'emballement thermique ne pouvant plus être arrêté, des mesures de sécurité visant à limiter l'impact entrent en jeu. Un mécanisme d'évacuation libérera ces gaz de manière contrôlée plutôt que dans une explosion incontrôlée. Il libère également la chaleur et la pression de la batterie afin de réduire le risque de court-circuit ou de rupture de la batterie.
Un exemple de mécanisme de mise à l'air libre est le disque de rupture PRO-LP. Ce disque à action inverse est conçu pour éclater avec précision aux faibles pressions associées aux boîtiers de batterie. Il est rainuré à la périphérie du disque, de sorte que si la pression augmente jusqu'à un point critique, le disque se brisera au niveau de la rainure pour offrir une décharge immédiate de la pression. En outre, la conception à profil bas et à haute intégrité du PRO-LP répond aux spécifications relatives à la saillie et offre une ouverture immédiate et complète pour une mise à l'air libre rapide (environ 4 millisecondes) afin de réduire le risque de propagation de l'emballement de la batterie.
Le disque composite plat est une solution alternative avec un profil encore plus bas. La protubérance est minimale et le disque composite à action directe éclate avec précision à des pressions ultra-basses sans compromettre l'intégrité de la conception.
Enfin, pour les applications de batteries plus importantes (c'est-à-dire à l'échelle du réseau), où une zone de ventilation supplémentaire est nécessaire, notre gamme d'évents d'explosion MV offre une ventilation à profil bas avec la flexibilité d'être disponible dans des tailles, formes et pressions personnalisées pour répondre à vos besoins. Nombre de ces évents ne nécessitent aucun cadre, ce qui réduit le coût global tout en atténuant les risques associés à la surpression. La conception de l'évent contribue également à améliorer la fiabilité et les performances.
Pour en savoir plus sur les options de protection de vos cellules et blocs de batteries au lithium-ion, contactez notre équipe de spécialistes sur info@oseco.com / 001 (918) 258-5626.
