概要

リチウムイオン電池による事故の増加に伴い、電池の熱暴走に対する懸念が高まっています。1つのセルで熱暴走が発生すると、他のセルに熱が伝わり、バッテリーシステム全体のシャットダウンにつながる可能性があります。

従来は、テスト中の加熱、固定、または過充電によって熱暴走を引き起こしていました。ただし、これらの方法は特定のセルの熱暴走を制御することはできず、バッテリー システムのテスト中に簡単に実装することもできません。最近、熱暴走を引き起こす新しい方法が開発されています。新しい IEC 62619:2022 の伝播テストは一例であり、この方法は将来的に広く使用されると推定されています。この記事では、研究中の新しい手法をいくつか紹介します。

レーザー放射:

レーザー照射は、高エネルギーのレーザーパルスで小さな領域を加熱します。熱は材料の内部に伝わります。レーザー放射は、溶接、接続、切断などの材料加工の分野で広く使用されています。一般的にレーザーには次のような種類があります。

• CO₂レーザー: 二酸化炭素分子ガスレーザー
• 半導体レーザー：GaAsまたはCdS製のダイオードレーザー
• YAGレーザー：イットリウム・アルミニウム・ガーネット製ナトリウムレーザー
• 光ファイバー：希土類元素を含むガラスファイバー製レーザー

研究者の中には、40W、波長1000nm、直径1mmのレーザーを使用してさまざまな細胞をテストする人もいます。

トリガーされていない細胞を CT スキャンすると、表面の穴を除いて構造的な影響がないことがわかります。これは、レーザーが指向性があり高出力であり、加熱領域が正確であることを意味します。したがって、レーザーはテストに適した方法です。変数を制御し、入出力エネルギーを正確に計算できます。一方、レーザーには、加熱が速く、制御が容易であるなど、加熱と固定の利点があります。レーザーには次のような利点があります。

• 熱暴走を引き起こす可能性があり、隣接するセルが加熱されません。これは熱接触性能に優れています

• 内部不足を刺激する可能性がある

• より少ないエネルギーと熱を短時間で入力して熱暴走を引き起こすことができるため、テストを適切に制御できます。

テルミット反応:

テルミット反応とは、アルミニウムと金属酸化物を高温で反応させ、アルミニウムが酸化アルミニウムに変化する反応です。酸化アルミニウムの生成エンタルピーは非常に低い (-1645kJ/mol) ため、多くの熱が発生します。テルミット素材は非常に入手可能であり、配合が異なれば生成する熱量も異なります。そこで研究者は、テルミットを入れた 10Ah のパウチでテストを開始します。

テルミットは簡単に熱暴走を引き起こす可能性がありますが、熱入力を制御するのは簡単ではありません。研究者らは、密閉されて熱を集中できる熱反応器の設計を模索している。

高出力石英ランプ:

理論: 高出力石英ランプをセルの下に置き、セルとランプをプレートで分離します。エネルギー伝導を保証するために、プレートに穴を開ける必要があります。

テストの結果、熱暴走を引き起こすには非常に高い電力と長時間が必要であり、熱範囲は均一ではないことがわかりました。その理由としては、石英光は指向性光ではないため、熱損失が大きすぎて正確に熱暴走を起こしにくいことが考えられます。一方、エネルギー入力は正確ではありません。理想的な熱暴走試験は、トリガエネルギーを抑え、余剰入力値を低くし、試験結果への影響を少なくすることです。したがって、現時点では石英ランプは役に立たないと結論付けることができます。

結論：

セルの熱暴走（加熱、過充電、貫通など）を引き起こす従来の方法と比較して、レーザー伝播はより効果的な方法であり、加熱領域が小さく、入力エネルギーが低く、トリガー時間が短くなります。これは、限られたエリアでの高い有効エネルギー入力に貢献します。この方法は IEC によって導入されました。多くの国がこの方法を考慮することが予想されます。ただし、レーザーデバイスには高い要件が課せられます。適切なレーザー源と耐放射線装置が必要です。現時点では熱暴走試験の事例が十分ではなく、この方法はまだ検証が必要です。