Exploring Particulate Filtration during Thermal Runaway in Lithium-Ion Battery Packs

Abstract: Med övergången till elektrifiering inom transport uppstår nya utmaningar när det gäller batterisystem som placeras i elfordon. Det finns för närvarande en möjlighet att minska riskerna med toxiciteten hos partiklar som sprutas ut med de gaser som bildas under termisk rusning i litiumjonbattericeller som är placerade i batterisystem. Syftet med denna avhandling är att identifiera potentiella material för partikelfiltrering från dessa gaser, undersöka de valda materialens prestanda i ett experiment, och föreslå material för framtida studier. Filtermaterialet är avsett att sitta vid ventilen i batteripacket. Totalt valdes 5 filter för experimenten, där 3 av dessa var mikrofiberfilter gjorda av kvarts och 2 var mikrofiberfilter av glas. Filtren klämdes mellan stålplattor med ett hål, och placerades 40 cm ovanför battericellens ventil. Battericellerna utlöstes till termisk rusning och filtren placerades i den direkta vägen för utslungade partiklar för att testa deras termiska motstånd och partikelretentionsförmåga. Filtren karaktäriserades med hjälp av vägning, svepelektronmikroskopi, samt energidispersivt röntgenspektroskopi. Efter ett första test ansågs glasfiberfiltren inte ha tillräckligt hög värmeresistens för att fortsätta testas. Kvartsmikrofiberfiltren varierade i fråga om värmeresistens, där de ibland brann upp och ibland förblev helt intakta. Detta berodde troligtvis till stor del på skillnader i termisk rusning mellan experimenten på grund av varierande uppvärmningsparametrar. Kvalitativt sett lyckades kvartsmikrofiberfiltren fånga upp partiklar, men det kan inte kvantifieras i detta experiment hur effektiva de var när det gäller partikelretention. Filtren visade potential för en enkel tillämpning i batteripacket, men ytterligare forskning bör göras för att undersöka viktiga faktorer, såsom mottryck från filtren. Dessutom finns det vissa material som kan vara intressanta att testa i framtiden, bland annat keramiska material, sintrade metallfiberfiltar och ablativa material.