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Meta-analysis of heat release and smoke gas emission during thermal runaway of lithium-ion batteries

  • Herein a meta-analysis of 76 experimental research papers from 2000 to 2021 is given about possible effects on the thermal runaway of lithium-ion battery cells. Data on the hazards of gas emissions and released heat are related to each other and differentiated by cell properties such as, cell geometry, cathode type or state of charge. Quantitative information on the total heat release in the range of 2.0–112.0 kJ Wh−1, the peak heat release rate in the range of 0.006–2.8 kW Wh−1and the smoke gas emission were extracted, normalized in terms of cell energy (Wh), combined in a data library and compared graphically. The total amount of gas emitted (3–48 mmol Wh−1) as well as the released amount of carbon monoxide (1–161 mg Wh−1) and hydrogen fluoride (2–197 mg Wh−1) were investigated as a function of the state of charge and cell geometry. The analysis reveals that the measured values are significantly influenced by the types of calorimeters and smoke gas analyzers used as well as by theHerein a meta-analysis of 76 experimental research papers from 2000 to 2021 is given about possible effects on the thermal runaway of lithium-ion battery cells. Data on the hazards of gas emissions and released heat are related to each other and differentiated by cell properties such as, cell geometry, cathode type or state of charge. Quantitative information on the total heat release in the range of 2.0–112.0 kJ Wh−1, the peak heat release rate in the range of 0.006–2.8 kW Wh−1and the smoke gas emission were extracted, normalized in terms of cell energy (Wh), combined in a data library and compared graphically. The total amount of gas emitted (3–48 mmol Wh−1) as well as the released amount of carbon monoxide (1–161 mg Wh−1) and hydrogen fluoride (2–197 mg Wh−1) were investigated as a function of the state of charge and cell geometry. The analysis reveals that the measured values are significantly influenced by the types of calorimeters and smoke gas analyzers used as well as by the type of thermal runaway trigger. This meta-analysis can serve as an important basis for any risk assessment of lithium-ion batteries.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Tim RappsilberORCiD, Nawar Yusfi, Simone KrügerORCiD, S.-K. Hahn, Tim-Patrick FellingerORCiD, Jonas Krug von Nidda, Rico TschirschwitzORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Journal of energy storage
Jahr der Erstveröffentlichung:2023
Organisationseinheit der BAM:2 Prozess- und Anlagensicherheit
2 Prozess- und Anlagensicherheit / 2.1 Sicherheit von Energieträgern
3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher
3 Gefahrgutumschließungen; Energiespeicher / 3.1 Sicherheit von Gefahrgutverpackungen und Batterien
7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier
Verlagsort:Amsterdam
Jahrgang/Band:60
Aufsatznummer:106579
Erste Seite:1
Letzte Seite:15
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Cathode active material; Heat release; Lithium-ion battery; Smoke gas emission; Thermal runaway
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Elektrische Energiespeicher und -umwandlung
DOI:10.1016/j.est.2022.106579
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-568071
ISSN:2352-152X
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:09.01.2023
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:05.06.2023
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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