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Avec de plus en plus d'accidents causés par la batterie lithium-ion, les gens sont plus préoccupés par l'emballement thermique de la batterie, car l'emballement thermique se produisant dans une cellule peut propager la chaleur à d'autres cellules, entraînant l'arrêt de l'ensemble du système de batterie.

Traditionnellement, nous déclenchons un emballement thermique par chauffage, blocage ou surcharge lors des tests. Cependant, ces méthodes ne peuvent ni contrôler l’emballement thermique dans une cellule spécifiée, ni être facilement mises en œuvre lors des tests de systèmes de batteries. Récemment, les gens ont développé une nouvelle méthode pour déclencher l’emballement thermique. Le test de propagation de la nouvelle norme CEI 62619 : 2022 en est un exemple, et on estime que cette méthode sera largement utilisée à l'avenir. Cet article vise à présenter quelques nouvelles méthodes en cours de recherche.

Rayonnement laser :

Le rayonnement laser consiste à chauffer une petite zone avec une impulsion laser à haute énergie. La chaleur sera conduite à l’intérieur du matériau. Le rayonnement laser est largement utilisé dans les domaines du traitement des matériaux, comme le soudage, la connexion et la découpe. Il existe généralement les types de laser suivants :

• CO₂laser : laser à gaz moléculaire au dioxyde de carbone
• Laser à semi-conducteur : Laser à diode en GaAs ou CdS
• Laser YAG : Laser de sodium à base de grenat d'yttrium et d'aluminium
• Fibre optique : laser en fibre de verre avec élément de terre rare

Certains chercheurs utilisent un laser de 40 W, d’une longueur d’onde de 1 000 nm et d’un diamètre de 1 mm pour tester différentes cellules.

En effectuant un scanner sur la cellule non déclenchée, on constate qu'il n'y a aucune influence structurelle à l'exception du trou à la surface. Cela signifie que le laser est directionnel et de haute puissance, et que la zone de chauffage est précise. Le laser est donc un bon moyen de test. Nous pouvons contrôler la variable et calculer avec précision l’énergie d’entrée et de sortie. Pendant ce temps, le laser présente les avantages du chauffage et du brochage, comme un chauffage rapide et plus contrôlable. Le laser présente plus d’avantages comme :

• Il peut déclencher un emballement thermique et ne chauffera pas les cellules voisines. C'est bon pour les performances de contact thermique

• Cela peut stimuler la pénurie interne

• Il peut fournir moins d'énergie et de chaleur en un temps plus court pour déclencher un emballement thermique, ce qui rend le test bien sous contrôle.

Réaction thermite :

La réaction de thermite consiste à faire réagir l’aluminium avec l’oxyde métallique à haute température, et l’aluminium sera transféré en oxyde d’aluminium. Comme l’enthalpie de formation de l’oxyde d’aluminium est très faible (-1645 kJ/mol), il générera donc beaucoup de chaleur. Le matériau thermite est tout à fait disponible et différentes formules peuvent générer différentes quantités de chaleur. Les chercheurs commencent donc les tests avec une pochette de 10 Ah avec de la thermite.

La thermite peut facilement déclencher un emballement thermique, mais l’apport thermique n’est pas facile à contrôler. Les chercheurs cherchent à concevoir un réacteur thermique étanche et capable de concentrer la chaleur.

Lampe à quartz haute puissance :

Théorie : Placer une lampe à quartz de forte puissance sous une cellule, et séparer la cellule et la lampe par une plaque. La plaque doit être percée d'un trou, afin de garantir la conduction énergétique.

Le test montre qu'il faut une puissance très élevée et un temps long pour déclencher un emballement thermique, et que la plage thermique n'est pas uniforme. La raison peut être que la lumière à quartz n'est pas une lumière directionnelle et que la perte de chaleur trop importante fait qu'elle ne déclenche pas avec précision un emballement thermique. Pendant ce temps, l’apport énergétique n’est pas exact. Le test d'emballement thermique idéal consiste à contrôler l'énergie de déclenchement et à réduire la valeur d'entrée excédentaire, afin de diminuer l'influence sur le résultat du test. Nous pouvons donc conclure que la lampe à quartz n’est pas utile pour le moment.

Conclusion:

Par rapport à la méthode traditionnelle de déclenchement de l'emballement thermique des cellules (comme le chauffage, la surcharge et la pénétration), la propagation laser est un moyen plus efficace, avec une zone de chauffage plus petite, une énergie d'entrée plus faible et un temps de déclenchement plus court. Ceci contribue à un apport énergétique efficace élevé sur une zone limitée. Cette méthode a été introduite par la CEI. On peut s’attendre à ce que de nombreux pays prennent cette méthode en considération. Cependant, cela soulève des exigences élevées en matière d'appareils laser. Cela nécessite une source laser appropriée et des dispositifs résistant aux radiations. À l'heure actuelle, il n'y a pas suffisamment de cas de test d'emballement thermique, cette méthode reste encore à vérifier.