Lithiové baterie mají výhody přenositelnosti a rychlého nabíjení, proč tedy na trhu stále kolují olověné baterie a další sekundární baterie?
Kromě problémů s cenou a různými oblastmi použití je dalším důvodem bezpečnost.
Lithium je nejaktivnější kov na světě.Protože jeho chemické vlastnosti jsou příliš aktivní, když je lithium vystaveno vzduchu, bude mít prudkou oxidační reakci s kyslíkem, takže je náchylné k výbuchu, hoření a dalším jevům.Kromě toho dojde během nabíjení a vybíjení i uvnitř lithiové baterie k redoxní reakci.Výbuch a samovznícení jsou způsobeny především akumulací, difúzí a uvolněním lithiové baterie po zahřátí.Stručně řečeno, lithiové baterie budou během nabíjení a vybíjení generovat velké množství tepla, což povede ke zvýšení vnitřní teploty baterie a nerovnoměrné teplotě mezi jednotlivými bateriemi, což způsobí nestabilní výkon baterie.
Nebezpečné chování lithium-iontové baterie s únikem tepla (včetně přebití a nadměrného vybití baterie, rychlého nabíjení a vybíjení, zkratu, podmínek mechanického zneužití, teplotního šoku při vysoké teplotě atd.) pravděpodobně vyvolá nebezpečné vedlejší reakce uvnitř baterie a generuje teplo, přímé poškození pasivního filmu na záporné a kladné elektrodě povrchu.
Existuje mnoho důvodů pro spouštění tepelných havárií lithium-iontových baterií.Podle charakteristik spouštění je lze rozdělit na mechanické spouštění, elektrické spouštění a tepelné spouštění.Mechanické zneužití: odkazuje na akupunkturu, vytlačování a náraz těžkých předmětů způsobený kolizí vozidla;Zneužívání elektrického proudu: obecně způsobené nesprávným řízením napětí nebo poruchou elektrických součástí, včetně zkratu, přebití a nadměrného vybití;Zneužívání tepla: způsobeno přehřátím způsobeným nesprávným řízením teploty.
Tyto tři spouštěcí metody jsou vzájemně propojené.Mechanické poškození obecně způsobí deformaci nebo protržení membrány baterie, což má za následek přímý kontakt mezi kladným a záporným pólem baterie a zkrat, což má za následek elektrické poškození;Za podmínek zneužívání elektřiny se však tvorba tepla, jako je Jouleovo teplo, zvyšuje, což způsobuje zvýšení teploty baterie, což se rozvine ve zneužívání tepla, dále spouští vedlejší reakci generování tepla řetězového typu uvnitř baterie a nakonec vede k výskytu úniku tepla z baterie.
Tepelný únik baterie je způsoben skutečností, že rychlost vytváření tepla baterie je mnohem vyšší než rychlost rozptylu tepla a teplo je akumulováno ve velkém množství, ale není včas odváděno.V podstatě je „tepelný útěk“ proces cyklu pozitivní energetické zpětné vazby: rostoucí teplota způsobí zahřátí systému a teplota se zvýší poté, co se systém zahřeje, což zase způsobí, že se systém zahřeje.
Proces tepelného úniku: když vnitřní teplota baterie stoupne, film SEI na povrchu filmu SEI se pod vysokou teplotou rozloží, iont lithia vložený do grafitu bude reagovat s elektrolytem a pojivem, což dále zvýší teplotu baterie na 150 ℃ a při této teplotě dojde k nové prudké exotermické reakci.Když teplota baterie dosáhne nad 200 ℃, materiál katody se rozloží, uvolňuje velké množství tepla a plynu a baterie se začne vyboulit a neustále se zahřívá.Anoda zalitá v lithiu začala reagovat s elektrolytem při 250-350 °C.Nabitý katodový materiál začne podléhat prudké rozkladné reakci a elektrolyt podstoupí prudkou oxidační reakci, uvolňuje velké množství tepla, vytváří vysokou teplotu a velké množství plynu, což způsobuje spalování a explozi baterie.
Problém srážení lithiového dendritu během přebíjení: Po úplném nabití kobalátové lithium-iontové baterie zůstává v kladné elektrodě velké množství iontů lithia.To znamená, že katoda nemůže pojmout více iontů lithia připojených ke katodě, ale v přebitém stavu budou přebytečné ionty lithia na katodě stále plavat ke katodě.Protože nemohou být zcela zadrženy, na katodě se vytvoří kovové lithium.Protože tento kov lithium je dendritický krystal, nazývá se dendrit.Pokud je dendrit příliš dlouhý, je snadné prorazit membránu a způsobit vnitřní zkrat.Protože hlavní složkou elektrolytu je uhličitan, jeho bod vznícení a bod varu jsou nízké, takže při vysoké teplotě bude hořet nebo dokonce explodovat.
Pokud se jedná o polymerovou lithiovou baterii, je elektrolyt koloidní, který je náchylný k prudšímu spalování.Aby se tento problém vyřešil, vědci se snaží nahradit bezpečnější katodové materiály.Materiál lithium-manganátové baterie má určité výhody.Může zajistit, že iont lithia kladné elektrody může být zcela zapuštěn do uhlíkového otvoru záporné elektrody ve stavu plného nabití, namísto toho, aby měl určité zbytky v kladné elektrodě, jako je kobalát lithný, což do určité míry zabraňuje generování dendrity.Díky stabilní struktuře manganistanu lithného je jeho oxidační výkon mnohem nižší než u kobalátu lithného.I když dojde k vnějšímu zkratu (spíše než k vnitřnímu zkratu), může se v podstatě vyhnout spalování a explozi způsobené srážením kovu lithia.Fosforečnan lithný má vyšší tepelnou stabilitu a nižší oxidační kapacitu elektrolytu, takže má vysokou bezpečnost.
Útlum stárnutí lithium-iontové baterie se projevuje útlumem kapacity a zvýšením vnitřního odporu a její mechanismus vnitřního útlumu stárnutí zahrnuje ztrátu kladných a záporných aktivních materiálů a ztrátu dostupných iontů lithia.Když katodový materiál zestárne a rozpadne se a kapacita katody je nedostatečná, je pravděpodobnější, že nastane riziko uvolňování lithia z katody.Za podmínek nadměrného vybití se potenciál katody na lithium zvýší nad 3 V, což je vyšší než rozpouštěcí potenciál mědi, což způsobí rozpuštění měděného kolektoru.Rozpuštěné ionty mědi se vysrážejí na povrchu katody a tvoří měděné dendrity.Měděné dendrity projdou membránou a způsobí vnitřní zkrat, který vážně ovlivní bezpečnost baterie.
Navíc se u stárnoucích baterií do určité míry sníží odolnost proti přebití, zejména v důsledku zvýšení vnitřního odporu a poklesu pozitivních a negativních aktivních látek, což má za následek zvýšení joulového tepla při procesu přebíjení baterií.Při menším přebíjení se mohou spustit vedlejší reakce, které způsobí tepelný únik baterií.Pokud jde o tepelnou stabilitu, vývoj lithia z katody povede k prudkému poklesu tepelné stability baterie.
Jedním slovem, bezpečnostní výkon staré baterie bude značně snížen, což vážně ohrozí bezpečnost baterie.Nejběžnějším řešením je vybavit bateriový systém ukládání energie systémem správy baterií (BMS).Například baterie 8000 18650 používané v Tesle Model S mohou realizovat monitorování různých fyzických parametrů baterie v reálném čase, vyhodnocovat stav využití baterie a provádět online diagnostiku a včasné varování prostřednictvím systému správy baterie.Současně může také provádět kontrolu vybíjení a předběžného nabíjení, správu vyvážení baterie a správu teploty.
Čas odeslání: prosinec-02-2022