A lítium akkumulátorok előnye a hordozhatóság és a gyors töltés, tehát miért keringenek még mindig a piacon az ólom-savas akkumulátorok és más másodlagos akkumulátorok?
A költségek és a különböző alkalmazási területek problémái mellett egy másik ok a biztonság.
A lítium a legaktívabb fém a világon.Mivel kémiai tulajdonságai túlságosan aktívak, a lítium fém levegővel érintkezve heves oxidációs reakcióba lép az oxigénnel, így hajlamos a robbanásra, égésre és egyéb jelenségekre.Ezenkívül a lítium akkumulátor belsejében redox reakció is fellép a töltés és a kisütés során.A robbanást és a spontán égést főként a lítium akkumulátor felhalmozódása, diffúziója és felmelegedés utáni felszabadulása okozza.Röviden, a lítium akkumulátorok sok hőt termelnek a töltési és kisütési folyamat során, ami az akkumulátor belső hőmérsékletének emelkedéséhez és az egyes akkumulátorok közötti hőmérséklet egyenetlenségéhez vezet, ezáltal az akkumulátor instabil teljesítményét okozza.
Az elszabadult lítium-ion akkumulátor nem biztonságos viselkedése (beleértve az akkumulátor túltöltését és túlmerülését, gyors töltést és kisülést, rövidzárlatot, mechanikai visszaéléseket, magas hőmérsékletű hősokkot stb.) valószínűleg veszélyes mellékreakciókat vált ki az akkumulátor belsejében, és hőt termel, közvetlenül károsítja a passzív filmet a negatív elektródán és a pozitív elektróda felületén.
Számos oka van annak, hogy a lítium-ion akkumulátorok hőkiütési baleseteit kiváltsák.A triggerelés jellemzői szerint mechanikai visszaélés kiváltására, elektromos visszaélés kiváltására és termikus visszaélés kiváltására osztható.Mechanikai bántalmazás: akupunktúra, extrudálás és nehéz tárgyak ütközése, amelyeket a jármű ütközése okoz;Elektromos visszaélés: általában nem megfelelő feszültségkezelés vagy elektromos alkatrészek meghibásodása okozza, beleértve a rövidzárlatot, túltöltést és túlkisülést;Hővisszaélés: a nem megfelelő hőmérsékletszabályozás okozta túlmelegedés okozza.
Ez a három kiváltó módszer összefügg egymással.A mechanikai visszaélések általában az akkumulátor membránjának deformálódását vagy megrepedését okozzák, ami az akkumulátor pozitív és negatív pólusai közötti közvetlen érintkezést és rövidzárlatot eredményez, ami elektromos visszaéléshez vezet;Az elektromos árammal való visszaélés esetén azonban a hőtermelés, például a Joule-hő, megnő, ami az akkumulátor hőmérsékletének emelkedését okozza, ami hővel való visszaéléshez vezet, tovább kiváltva a lánc típusú hőtermelési mellékreakciót az akkumulátoron belül, és végül az eseményhez vezet. az akkumulátor hőjének elszabadulását.
Az akkumulátor hőelvezetését az okozza, hogy az akkumulátor hőtermelési sebessége jóval nagyobb, mint a hőleadási sebesség, és a hő nagy mennyiségben halmozódik fel, de nem oszlik el időben.Lényegében a „termikus kifutás” egy pozitív energia-visszacsatolási ciklus: az emelkedő hőmérséklet hatására a rendszer felforrósodik, majd a hőmérséklet emelkedni fog, miután a rendszer felmelegszik, ami viszont felmelegíti a rendszert.
A termikus kifutás folyamata: amikor az akkumulátor belső hőmérséklete emelkedik, a SEI film felületén lévő SEI film magas hőmérsékleten lebomlik, a grafitba ágyazott lítium-ion reakcióba lép az elektrolittal és a kötőanyaggal, tovább növelve az akkumulátor hőmérsékletét 150 ℃-ra, és ezen a hőmérsékleten új heves exoterm reakció megy végbe.Amikor az akkumulátor hőmérséklete 200 ℃ fölé emelkedik, a katód anyaga lebomlik, nagy mennyiségű hő és gáz szabadul fel, az akkumulátor pedig elkezd kidudorodni és folyamatosan felmelegszik.A lítiumba ágyazott anód 250-350 ℃-on kezdett reagálni az elektrolittal.A feltöltött katód anyaga heves bomlási reakcióba kezd, az elektrolit pedig heves oxidációs reakcióba megy át, nagy mennyiségű hő szabadul fel, magas hőmérséklet és nagy mennyiségű gáz keletkezik, ami az akkumulátor égését és robbanását okozza.
A lítium-dendrit kiválás problémája a túltöltés során: Miután a lítium-kobalát akkumulátor teljesen feltöltődött, nagy mennyiségű lítium-ion marad a pozitív elektródában.Ez azt jelenti, hogy a katód nem tud több lítium-iont a katódra rögzíteni, de túltöltött állapotban a katódon lévő felesleges lítium-ionok továbbra is a katódra úsznak.Mivel ezeket nem lehet teljesen bezárni, fém-lítium képződik a katódon.Mivel ez a fém-lítium egy dendrites kristály, dendritnek nevezik.Ha a dendrit túl hosszú, könnyen átszúrható a membrán, ami belső rövidzárlatot okoz.Mivel az elektrolit fő alkotóeleme a karbonát, gyulladás- és forráspontja alacsony, ezért magas hőmérsékleten elég, vagy akár fel is robban.
Ha ez egy polimer lítium akkumulátor, akkor az elektrolit kolloid, amely hajlamos hevesebben égni.A probléma megoldása érdekében a tudósok megpróbálják biztonságosabb katódanyagokat cserélni.A lítium-manganát akkumulátor anyagának vannak bizonyos előnyei.Biztosítani tudja, hogy a pozitív elektróda lítium-ionja teljesen beágyazódjon a negatív elektróda szénfuratába teljes töltési állapotban, ahelyett, hogy bizonyos maradékok, például lítium-kobalát lennének a pozitív elektródában, ami bizonyos mértékig elkerüli dendritek.A lítium-manganát stabil szerkezete miatt oxidációs teljesítménye sokkal alacsonyabb, mint a lítium-kobaláté.Még akkor is, ha van külső rövidzárlat (nem pedig belső zárlat), alapvetően elkerülhető a lítium fém kiválása által okozott égés és robbanás.A lítium-vas-foszfát nagyobb termikus stabilitással és alacsonyabb elektrolit oxidációs kapacitással rendelkezik, ezért nagy biztonsággal rendelkezik.
A lítium-ion akkumulátor öregedési csillapítása kapacitáscsillapításban és belső ellenállás-növekedésben nyilvánul meg, belső öregedéscsillapítási mechanizmusa pedig a pozitív és negatív aktív anyagok elvesztését, valamint a rendelkezésre álló lítium-ionok elvesztését foglalja magában.Ha a katód anyaga elöregedett és elhasználódott, és a katód kapacitása nem elegendő, nagyobb a valószínűsége annak, hogy a katódból lítium fejlődik ki.Túlkisülés esetén a katód lítium potenciálja 3 V fölé emelkedik, ami magasabb, mint a réz oldódási potenciálja, ami a rézkollektor feloldódását okozza.Az oldott rézionok kicsapódnak a katód felületén, és rézdendriteket képeznek.A rézdendritek áthaladnak a membránon, belső rövidzárlatot okozva, ami súlyosan befolyásolja az akkumulátor biztonsági teljesítményét.
Ezenkívül az elöregedő akkumulátorok túltöltési ellenállása bizonyos mértékig csökkenni fog, elsősorban a belső ellenállás növekedése, valamint a pozitív és negatív hatóanyagok csökkenése miatt, ami az akkumulátorok túltöltési folyamata során a joule hő növekedését eredményezi.Kevesebb túltöltés esetén mellékreakciók léphetnek fel, ami az akkumulátorok termikus kifutását okozhatja.A hőstabilitás szempontjából a katódból kifejlődő lítium az akkumulátor hőstabilitásának erőteljes csökkenéséhez vezet.
Egyszóval az elöregedett akkumulátor biztonsági teljesítménye jelentősen lecsökken, ami komolyan veszélyezteti az akkumulátor biztonságát.A legelterjedtebb megoldás az akkumulátor energiatároló rendszerének akkumulátormenedzsment rendszerrel (BMS) való felszerelése.Például a Tesla Model S-ben használt 8000 darab 18650-es akkumulátor képes valós idejű monitorozni az akkumulátor különféle fizikai paramétereit, kiértékelni az akkumulátor használati állapotát, valamint online diagnózist és korai figyelmeztetést végezni akkumulátor-kezelő rendszerén keresztül.Ezzel egyidejűleg kisütési és előtöltési vezérlést, akkumulátoregyensúly-kezelést és hőkezelést is végezhet.
Feladás időpontja: 2022. december 02