Le batterie agli ioni di litio sono un componente energetico composto principalmente da elettrodo positivo, elettrodo negativo, elettrolita e separatore. Dopo la carica, l'elettrodo positivo è generalmente un ossido di metallo di transizione, che ha forti proprietà ossidanti; l'elettrodo negativo è grafite con una grande quantità di litio incorporato all'interno, che ha una forte riducibilità. Gli elettroliti sono generalmente esteri organici con caratteristiche come basso punto di fusione e infiammabilità.

Anche i petardi nella nostra vita quotidiana sono un dispositivo energetico e molte persone sanno che i componenti contenenti polvere da sparo sono zolfo (solfone, formula chimica S), nitrato (pietra, formula chimica KNO3) e carbone. Tra questi, il nitrato è un forte ossidante e zolfo e carbone sono agenti riducenti. Quando lo stimolo esterno supera i 120 gradi, la reazione redox all'interno dei petardi avviene violentemente, rilasciando una grande quantità di gas e calore, causando la combustione della polvere da sparo e l'esplosione dei petardi.

Da ciò si può vedere che teoricamente le batterie agli ioni di litio possono subire reazioni di ossidoriduzione esotermiche elevate e l'elettrolita combustibile in esse contenuto può anche promuovere questa reazione, portando a conseguenze di combustione e persino di esplosione. Quanto è potente la combustione o l'esplosione delle batterie agli ioni di litio? Dal punto di vista dell'immagazzinamento di energia elettrica, l'energia elettrica di una normale batteria agli ioni di litio con una densità di energia di 150 Wh/kg è circa 1/10 della densità di energia termica generata dall'esplosione di esplosivi TNT.

Negli incidenti con batterie agli ioni di litio, gli elettrodi positivo e negativo possono subire direttamente gravi reazioni redox in circostanze speciali e persino i collettori di alluminio e rame possono partecipare direttamente alla reazione sotto forma di agenti riducenti, generando calore significativamente più elevato rispetto all'energia corrispondente all'immagazzinamento della batteria. In generale, in un incidente di sicurezza che coinvolge batterie agli ioni di litio in uno spazio confinato, la temperatura massima può raggiungere oltre 800 ℃, mentre il calore di esplosione di una batteria agli ioni di litio pesante da 43,4 g equivale a 5,45 g di TNT, raggiungendo 1/8 dell'equivalente in TNT.

Il motivo per cui le batterie agli ioni di litio convertono la loro energia chimica interna in energia elettrica in modo controllabile e continuo attraverso reazioni elettrochimiche anziché violente reazioni di ossidoriduzione è perché il separatore isola efficacemente gli elettrodi positivo e negativo fisicamente ed elettricamente (oltre alla presenza di elettrolita conduttivo). Tuttavia, quando vari fattori interni o esterni causano il guasto del diaframma, con conseguente contatto diretto tra gli elettrodi positivo e negativo, questo cortocircuito interno può rilasciare istantaneamente energia elettrica, generare una grande quantità di calore e portare alte temperature, interrompere istantaneamente la stabilità del sistema chimico interno della batteria, portando alla reazione di ossidoriduzione tra l'elettrolita dell'elettrodo negativo, l'elettrolita dell'elettrodo positivo, l'elettrodo negativo e l'elettrodo positivo e persino il collettore di fluido che partecipa al riscaldamento esotermico istantaneo. Il processo di vaporizzazione istantanea dell'elettrolita e quindi miscelazione con polvere di materiale attivo positivo e negativo per spruzzare fuori dal guscio della batteria, con conseguente combustione o persino esplosione, è chiamato runaway termico (TR).

Il runaway termico spontaneo è attualmente la più grande ansia per la sicurezza dei veicoli elettrici. Se ogni batteria è completamente coerente dalle particelle microscopiche del materiale dell'elettrodo e separatori alle piastre macroscopiche dell'elettrodo e all'imballaggio del guscio, allora un pacco batteria composto da migliaia o centinaia di migliaia di tali batterie avrà sicuramente migliori caratteristiche di sicurezza. Potresti notare che l'espressione del 100% qui è un po' diversa, seguita da una dozzina di zeri, il che rappresenta un'aspettativa ideale: elevata coerenza su tutta la scala della batteria. Come è ben noto, la conseguenza dell'incoerenza della batteria è che le batterie con prestazioni degradate decadono più velocemente, con una certa passivazione e disattivazione che porta a un guasto diretto; alcune hanno anche preso una strada completamente diversa: cortocircuiti interni che portano a runaway termico, combustione ed esplosione