Baterai litium memiliki keunggulan portabilitas dan pengisian cepat, lalu mengapa baterai timbal-asam dan baterai sekunder lainnya masih beredar di pasaran?
Selain masalah biaya dan bidang aplikasi yang berbeda, alasan lainnya adalah keamanan.
Litium adalah logam paling aktif di dunia.Karena sifat kimianya yang terlalu aktif, ketika logam litium terpapar udara, ia akan mengalami reaksi oksidasi yang hebat dengan oksigen, sehingga rentan terhadap ledakan, pembakaran, dan fenomena lainnya.Selain itu, reaksi redoks juga akan terjadi di dalam baterai lithium selama pengisian dan pengosongan.Ledakan dan pembakaran spontan terutama disebabkan oleh akumulasi, difusi, dan pelepasan baterai litium setelah pemanasan.Singkatnya, baterai lithium akan menghasilkan banyak panas selama proses pengisian dan pengosongan, yang akan menyebabkan naiknya suhu internal baterai dan suhu yang tidak merata antara masing-masing baterai, sehingga menyebabkan kinerja baterai tidak stabil.
Perilaku tidak aman dari baterai lithium-ion pelarian termal (termasuk pengisian dan pengosongan baterai yang berlebihan, pengisian dan pengosongan yang cepat, korsleting, kondisi penyalahgunaan mekanis, kejutan termal suhu tinggi, dll.) cenderung memicu reaksi samping yang berbahaya di dalam baterai dan menghasilkan panas, langsung merusak film pasif pada elektroda negatif dan permukaan elektroda positif.
Ada banyak alasan untuk memicu kecelakaan pelarian termal baterai lithium ion.Menurut karakteristik pemicunya, dapat dibagi menjadi pemicu penyalahgunaan mekanis, pemicu penyalahgunaan listrik dan pemicu penyalahgunaan termal.Pelecehan mekanis: mengacu pada akupunktur, ekstrusi, dan benturan benda berat yang disebabkan oleh tabrakan kendaraan;Penyalahgunaan listrik: umumnya disebabkan oleh manajemen voltase yang tidak tepat atau kegagalan komponen listrik, termasuk korsleting, kelebihan muatan dan kelebihan muatan;Penyalahgunaan panas: disebabkan oleh panas berlebih yang disebabkan oleh manajemen suhu yang tidak tepat.
Ketiga metode pemicuan ini saling terkait.Penyalahgunaan mekanis umumnya akan menyebabkan deformasi atau pecahnya diafragma baterai, yang mengakibatkan kontak langsung antara kutub positif dan negatif baterai dan korsleting, yang mengakibatkan penyalahgunaan listrik;Namun, dalam kondisi penyalahgunaan listrik, panas yang dihasilkan seperti panas Joule meningkat, menyebabkan suhu baterai naik, yang berkembang menjadi penyalahgunaan panas, selanjutnya memicu reaksi samping pembangkitan panas berantai di dalam baterai, dan akhirnya menyebabkan terjadinya pelarian panas baterai.
Pelarian termal baterai disebabkan oleh fakta bahwa laju pembentukan panas baterai jauh lebih tinggi daripada laju pembuangan panas, dan panas terakumulasi dalam jumlah besar tetapi tidak hilang dalam waktu.Intinya, “pelarian termal” adalah proses siklus umpan balik energi positif: kenaikan suhu akan menyebabkan sistem menjadi panas, dan suhu akan naik setelah sistem menjadi panas, yang pada gilirannya akan membuat sistem menjadi lebih panas.
Proses pelarian termal: ketika suhu internal baterai naik, film SEI pada permukaan film SEI terurai di bawah suhu tinggi, ion litium yang tertanam dalam grafit akan bereaksi dengan elektrolit dan pengikat, selanjutnya mendorong suhu baterai naik hingga 150 ℃, dan reaksi eksotermik hebat baru akan terjadi pada suhu ini.Ketika suhu baterai mencapai di atas 200 ℃, bahan katoda terurai, melepaskan sejumlah besar panas dan gas, dan baterai mulai membengkak dan terus memanas.Anoda tertanam lithium mulai bereaksi dengan elektrolit pada 250-350 ℃.Bahan katoda bermuatan mulai mengalami reaksi dekomposisi yang hebat, dan elektrolit mengalami reaksi oksidasi yang hebat, melepaskan sejumlah besar panas, menghasilkan suhu tinggi dan sejumlah besar gas, menyebabkan pembakaran dan ledakan baterai.
Masalah presipitasi dendrit litium selama pengisian berlebih: Setelah baterai litium kobalt terisi penuh, sejumlah besar ion litium tetap berada di elektroda positif.Artinya, katoda tidak dapat menahan lebih banyak ion litium yang melekat pada katoda, tetapi dalam keadaan overcharged, kelebihan ion litium pada katoda akan tetap berenang ke katoda.Karena tidak dapat terisi penuh, logam litium akan terbentuk di katoda.Karena litium logam ini adalah kristal dendritik, maka disebut dendrit.Jika dendrit terlalu panjang, akan mudah menembus diafragma, menyebabkan korsleting internal.Karena komponen utama elektrolit adalah karbonat, titik nyala dan titik didihnya rendah, sehingga akan terbakar atau bahkan meledak pada suhu tinggi.
Jika itu adalah baterai lithium polimer, elektrolitnya adalah koloid, yang rentan terhadap pembakaran yang lebih keras.Untuk mengatasi masalah ini, para ilmuwan mencoba mengganti bahan katoda yang lebih aman.Bahan baterai lithium manganat memiliki keunggulan tertentu.Ini dapat memastikan bahwa ion litium dari elektroda positif dapat sepenuhnya disematkan ke dalam lubang karbon dari elektroda negatif di bawah kondisi muatan penuh, alih-alih memiliki residu tertentu di elektroda positif seperti litium kobalt, yang sampai batas tertentu menghindari pembentukan dendrit.Struktur stabil manganat litium membuat kinerja oksidasinya jauh lebih rendah daripada litium kobalt.Bahkan jika ada korsleting eksternal (bukan korsleting internal), pada dasarnya dapat menghindari pembakaran dan ledakan yang disebabkan oleh pengendapan logam litium.Litium besi fosfat memiliki stabilitas termal yang lebih tinggi dan kapasitas oksidasi elektrolit yang lebih rendah, sehingga memiliki keamanan yang tinggi.
Atenuasi penuaan baterai lithium ion dimanifestasikan oleh redaman kapasitas dan peningkatan resistansi internal, dan mekanisme redaman penuaan internal termasuk hilangnya bahan aktif positif dan negatif dan hilangnya ion lithium yang tersedia.Ketika bahan katoda menua dan membusuk, dan kapasitas katoda tidak mencukupi, risiko evolusi litium dari katoda lebih mungkin terjadi.Di bawah kondisi over discharge, potensi katoda ke lithium akan naik di atas 3V, yang lebih tinggi dari potensi pembubaran tembaga, menyebabkan pembubaran kolektor tembaga.Ion tembaga terlarut akan mengendap pada permukaan katoda dan membentuk dendrit tembaga.Dendrit tembaga akan melewati diafragma, menyebabkan korsleting internal, yang secara serius memengaruhi kinerja keselamatan baterai.
Selain itu, resistansi overcharge dari baterai yang menua akan berkurang sampai batas tertentu, terutama karena peningkatan resistansi internal dan penurunan zat aktif positif dan negatif, yang mengakibatkan peningkatan panas joule selama proses pengisian baterai yang berlebihan.Di bawah pengisian yang berlebihan, reaksi samping dapat dipicu, menyebabkan pelarian termal baterai.Dalam hal stabilitas termal, evolusi litium dari katoda akan menyebabkan penurunan tajam stabilitas termal baterai.
Singkatnya, kinerja keamanan baterai yang sudah tua akan sangat berkurang, yang akan sangat membahayakan keamanan baterai.Solusi paling umum adalah melengkapi sistem penyimpanan energi baterai dengan sistem manajemen baterai (BMS).Misalnya, baterai 8000 18650 yang digunakan dalam Tesla Model S dapat mewujudkan pemantauan waktu nyata dari berbagai parameter fisik baterai, mengevaluasi status penggunaan baterai, dan melakukan diagnosis online dan peringatan dini melalui sistem manajemen baterainya.Pada saat yang sama, ia juga dapat melakukan kontrol pengosongan dan pra-pengisian, manajemen keseimbangan baterai, dan manajemen termal.
Waktu posting: 02-Des-2022