Litijske baterije imaju prednosti prenosivosti i brzog punjenja, pa zašto onda olovne baterije i druge sekundarne baterije još uvijek kruže na tržištu?
Osim problema s troškovima i različitim područjima primjene, drugi razlog je sigurnost.
Litij je najaktivniji metal na svijetu.Budući da su njegova kemijska svojstva previše aktivna, kad je metalni litij izložen zraku, doći će do žestoke oksidacijske reakcije s kisikom, pa je sklon eksploziji, izgaranju i drugim pojavama.Osim toga, redoks reakcija će se također dogoditi unutar litijske baterije tijekom punjenja i pražnjenja.Eksplozija i spontano izgaranje uglavnom su uzrokovani nakupljanjem, difuzijom i otpuštanjem litijeve baterije nakon zagrijavanja.Ukratko, litijeve baterije će generirati puno topline tijekom procesa punjenja i pražnjenja, što će dovesti do porasta unutarnje temperature baterije i nejednake temperature između pojedinačnih baterija, uzrokujući tako nestabilne performanse baterije.
Nesigurno ponašanje litij-ionske baterije s termičkim bijegom (uključujući prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje baterije, brzo punjenje i pražnjenje, kratki spoj, mehanička zlouporaba, toplinski udar visoke temperature itd.) vjerojatno će izazvati opasne nuspojave unutar baterije i generirati toplinu, izravno oštećujući pasivni film na površini negativne elektrode i pozitivne elektrode.
Mnogo je razloga za izazivanje nesreća zbog toplinskog odlaska litij-ionskih baterija.Prema karakteristikama okidanja, može se podijeliti na mehaničko okidanje, električno okidanje i toplinsko okidanje.Mehaničko zlostavljanje: odnosi se na akupunkturu, istiskivanje i udare teškim predmetima uzrokovane sudarom vozila;Električna zlouporaba: općenito uzrokovana nepravilnim upravljanjem naponom ili kvarom električne komponente, uključujući kratki spoj, prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje;Zlouporaba topline: uzrokovana pregrijavanjem uzrokovano nepravilnim upravljanjem temperaturom.
Ove tri metode pokretanja su međusobno povezane.Mehanička zlouporaba općenito će uzrokovati deformaciju ili puknuće dijafragme baterije, što će rezultirati izravnim kontaktom između pozitivnog i negativnog pola baterije i kratkim spojem, što će rezultirati električnom zlouporabom;Međutim, u uvjetima zlouporabe električne energije, proizvodnja topline kao što je Joule toplina se povećava, uzrokujući porast temperature baterije, što se razvija u zlouporabu topline, dodatno pokrećući sporednu reakciju lančanog stvaranja topline unutar baterije, i konačno dovodi do pojave odljeva topline baterije.
Toplinski bijeg baterije uzrokovan je činjenicom da je brzina stvaranja topline baterije mnogo veća od stope rasipanja topline, a toplina se akumulira u velikoj količini, ali se ne rasipa na vrijeme.U biti, "toplinski bijeg" je proces ciklusa pozitivne povratne energije: rastuća temperatura će uzrokovati da se sustav zagrije, a temperatura će porasti nakon što se sustav zagrije, što će zauzvrat učiniti da sustav postane topliji.
Proces toplinskog odlaska: kada unutarnja temperatura baterije poraste, SEI film na površini SEI filma razgrađuje se pod visokom temperaturom, litij ion ugrađen u grafit će reagirati s elektrolitom i vezivom, dodatno podižući temperaturu baterije do 150 ℃, a nova burna egzotermna reakcija dogodit će se na toj temperaturi.Kada temperatura baterije dosegne iznad 200 ℃, materijal katode se razgrađuje, oslobađajući veliku količinu topline i plina, a baterija se počinje ispupčiti i neprestano se zagrijava.Anoda s ugrađenim litijem počela je reagirati s elektrolitom na 250-350 ℃.Nabijeni materijal katode počinje se podvrgavati reakciji burne razgradnje, a elektrolit prolazi reakciju burne oksidacije, oslobađajući veliku količinu topline, generirajući visoku temperaturu i veliku količinu plina, uzrokujući izgaranje i eksploziju baterije.
Problem taloženja litijeva dendrita tijekom prekomjernog punjenja: Nakon što se litij kobalatna baterija potpuno napuni, velika količina litijevih iona ostaje u pozitivnoj elektrodi.Drugim riječima, katoda ne može zadržati više litijevih iona vezanih za katodu, ali u prenapunjenom stanju, višak litijevih iona na katodi će i dalje plivati prema katodi.Budući da se ne mogu u potpunosti zadržati, na katodi će se formirati metalni litij.Budući da je ovaj metalni litij dendritski kristal, naziva se dendrit.Ako je dendrit predug, lako je probušiti dijafragmu, uzrokujući unutarnji kratki spoj.Kako je glavna komponenta elektrolita karbonat, njegova točka paljenja i vrelišta su niske, pa će gorjeti ili čak eksplodirati na visokoj temperaturi.
Ako se radi o polimer litij bateriji, elektrolit je koloidni, koji je sklon jačem izgaranju.Kako bi riješili ovaj problem, znanstvenici pokušavaju zamijeniti sigurnije katodne materijale.Materijal litij manganatne baterije ima određene prednosti.Može osigurati da se litij ion pozitivne elektrode može potpuno ugraditi u ugljičnu rupu negativne elektrode pod stanjem punog naboja, umjesto da ima određene ostatke u pozitivnoj elektrodi kao što je litijev kobalat, čime se u određenoj mjeri izbjegava stvaranje dendriti.Stabilna struktura litijevog manganata čini njegovu oksidacijsku izvedbu znatno nižom od one litijevog kobalata.Čak i ako postoji vanjski kratki spoj (a ne unutarnji kratki spoj), u osnovi se može izbjeći izgaranje i eksplozija uzrokovana taloženjem metalnog litija.Litij željezo fosfat ima veću toplinsku stabilnost i niži oksidacijski kapacitet elektrolita, tako da ima visoku sigurnost.
Prigušenje starenja litij-ionske baterije očituje se prigušenjem kapaciteta i povećanjem unutarnjeg otpora, a njegov unutarnji mehanizam prigušenja starenjem uključuje gubitak pozitivnih i negativnih aktivnih materijala i gubitak dostupnih litijevih iona.Kada je materijal katode ostario i propao, a kapacitet katode je nedovoljan, veća je vjerojatnost da će doći do razvoja litija iz katode.U uvjetima prekomjernog pražnjenja, potencijal katode prema litiju porast će na iznad 3 V, što je više od potencijala otapanja bakra, uzrokujući otapanje bakrenog kolektora.Otopljeni ioni bakra će se istaložiti na površini katode i formirati dendrite bakra.Dendriti bakra proći će kroz dijafragmu, uzrokujući unutarnji kratki spoj, što ozbiljno utječe na sigurnosne performanse baterije.
Osim toga, otpornost na prepunjavanje starih baterija smanjit će se u određenoj mjeri, uglavnom zbog povećanja unutarnjeg otpora i smanjenja pozitivnih i negativnih aktivnih tvari, što će rezultirati povećanjem joulove topline tijekom procesa prekomjernog punjenja baterija.U slučaju manjeg preopterećenja, mogu se pokrenuti nuspojave, uzrokujući toplinski bijeg baterija.Što se tiče toplinske stabilnosti, evolucija litija s katode dovest će do naglog pada toplinske stabilnosti baterije.
Jednom riječju, sigurnosna izvedba stare baterije bit će znatno smanjena, što će ozbiljno ugroziti sigurnost baterije.Najčešće rješenje je opremanje sustava za pohranu baterije baterijskim sustavom za upravljanje baterijama (BMS).Na primjer, baterije 8000 18650 koje se koriste u Tesla Model S mogu realizirati praćenje različitih fizičkih parametara baterije u stvarnom vremenu, procijeniti status upotrebe baterije i provesti online dijagnozu i rano upozorenje putem svog sustava upravljanja baterijom.U isto vrijeme, također može izvršiti kontrolu pražnjenja i predpunjenja, upravljanje ravnotežom baterije i upravljanje toplinom.
Vrijeme objave: 2. prosinca 2022