Ličio baterijos turi nešiojamumo ir greito įkrovimo pranašumus, tad kodėl švino rūgšties akumuliatoriai ir kiti antriniai akumuliatoriai vis dar cirkuliuoja rinkoje?
Be išlaidų ir skirtingų taikymo sričių problemų, kita priežastis yra saugumas.
Litis yra aktyviausias metalas pasaulyje.Kadangi jo cheminės charakteristikos yra per aktyvios, ličio metalą veikiant orui, jis smarkiai oksiduojasi su deguonimi, todėl yra linkęs į sprogimą, degimą ir kitus reiškinius.Be to, įkrovimo ir iškrovimo metu ličio akumuliatoriaus viduje taip pat įvyks redokso reakcija.Sprogimą ir savaiminį užsidegimą daugiausia sukelia ličio akumuliatoriaus kaupimasis, difuzija ir išsiskyrimas po kaitinimo.Trumpai tariant, ličio baterijos įkrovimo ir iškrovimo metu išskirs daug šilumos, o tai lems akumuliatoriaus vidinės temperatūros kilimą ir netolygią temperatūrą tarp atskirų baterijų, taip sukeldami nestabilų akumuliatoriaus veikimą.
Nesaugus terminis išsikraunantis ličio jonų akumuliatorius (įskaitant akumuliatoriaus perkrovimą ir iškrovimą, greitą įkrovimą ir iškrovimą, trumpąjį jungimą, mechaninio pažeidimo sąlygas, aukštos temperatūros terminį šoką ir kt.) gali sukelti pavojingas šalutines reakcijas akumuliatoriaus viduje ir sukelti šilumą, tiesiogiai pažeidžiant pasyviąją plėvelę ant neigiamo elektrodo ir teigiamo elektrodo paviršiaus.
Yra daug priežasčių, kodėl ličio jonų baterijos sukelia šilumines avarijas.Pagal suveikimo charakteristikas jis gali būti suskirstytas į mechaninio piktnaudžiavimo paleidimą, piktnaudžiavimo elektra paleidimą ir terminio piktnaudžiavimo paleidimą.Mechaninis piktnaudžiavimas: tai akupunktūra, ekstruzija ir sunkių daiktų smūgis, sukeltas transporto priemonės susidūrimo;Piktnaudžiavimas elektra: dažniausiai atsiranda dėl netinkamo įtampos valdymo arba elektros komponentų gedimo, įskaitant trumpąjį jungimą, perkrovimą ir perkrovą;Piktnaudžiavimas šiluma: atsiranda dėl perkaitimo, kurį sukelia netinkamas temperatūros valdymas.
Šie trys paleidimo būdai yra tarpusavyje susiję.Mechaninis piktnaudžiavimas paprastai sukels akumuliatoriaus diafragmos deformaciją arba plyšimą, dėl to tiesiogiai kontaktuos teigiami ir neigiami akumuliatoriaus poliai ir sukels trumpąjį jungimą, o tai gali sukelti piktnaudžiavimą elektra;Tačiau piktnaudžiaujant elektra, padidėja šilumos generavimas, pvz., Džaulio šiluma, todėl pakyla akumuliatoriaus temperatūra, o tai perauga į piktnaudžiavimą šiluma, toliau suaktyvinant grandinės tipo šilumos generavimo šalutinę reakciją akumuliatoriaus viduje ir galiausiai sukeliantį įvykį. akumuliatoriaus šilumos pabėgimas.
Akumuliatoriaus šiluminis bėgimas atsiranda dėl to, kad akumuliatoriaus šilumos generavimo greitis yra daug didesnis nei šilumos išsklaidymo greitis, o šiluma sukaupiama dideliais kiekiais, bet laikui bėgant neišsisklaidoma.Iš esmės „šilumos pabėgimas“ yra teigiamo energijos grįžtamojo ryšio ciklo procesas: kylant temperatūrai sistema įkais, o temperatūra pakils, kai sistema įkais, o tai savo ruožtu padidins sistemą.
Šiluminio pabėgimo procesas: kai pakyla akumuliatoriaus vidinė temperatūra, SEI plėvelės paviršiuje esanti SEI plėvelė suyra esant aukštai temperatūrai, į grafitą įterptas ličio jonas reaguos su elektrolitu ir rišikliu, toliau didindamas akumuliatoriaus temperatūrą. iki 150 ℃ ir šioje temperatūroje įvyks nauja smarki egzoterminė reakcija.Kai akumuliatoriaus temperatūra pasiekia virš 200 ℃, katodo medžiaga suyra, išskirdama daug šilumos ir dujų, o akumuliatorius pradeda išsipūsti ir nuolat įkaista.Ličio įterptas anodas pradėjo reaguoti su elektrolitu 250-350 ℃ temperatūroje.Įkrautoje katodo medžiagoje prasideda smarki skilimo reakcija, o elektrolitas smarkiai oksiduojasi, išskirdamas daug šilumos, generuodamas aukštą temperatūrą ir didelį dujų kiekį, sukeldamas akumuliatoriaus degimą ir sprogimą.
Ličio dendrito nusodinimo problema perkrovimo metu: po to, kai ličio kobalato baterija visiškai įkraunama, teigiamame elektrode lieka didelis kiekis ličio jonų.Tai reiškia, kad katodas negali išlaikyti daugiau prie katodo prijungtų ličio jonų, tačiau esant perkrovai, katodo jonų perteklius vis tiek nuplauks į katodą.Kadangi jų negalima visiškai sulaikyti, ant katodo susidarys metalinis litis.Kadangi šis metalinis litis yra dendritinis kristalas, jis vadinamas dendritu.Jei dendritas per ilgas, diafragmą nesunku pramušti ir sukelti vidinį trumpąjį jungimą.Kadangi pagrindinis elektrolito komponentas yra karbonatas, jo užsidegimo ir virimo temperatūra yra žema, todėl aukštoje temperatūroje jis sudegs ar net sprogs.
Jei tai polimerinis ličio akumuliatorius, elektrolitas yra koloidinis, kuris yra linkęs smarkiau degti.Siekdami išspręsti šią problemą, mokslininkai bando pakeisti saugesnes katodines medžiagas.Ličio manganato akumuliatoriaus medžiaga turi tam tikrų pranašumų.Tai gali užtikrinti, kad teigiamo elektrodo ličio jonai gali būti visiškai įterpti į neigiamo elektrodo anglies angą esant visiškam įkrovimui, o ne tam tikrų likučių teigiamame elektrode, pavyzdžiui, ličio kobalatas, kuris tam tikru mastu išvengia elektrodo susidarymo. dendritų.Dėl stabilios ličio manganato struktūros jo oksidacijos savybės yra daug mažesnės nei ličio kobalato.Net jei yra išorinis trumpasis jungimas (o ne vidinis trumpasis jungimas), jis iš esmės gali išvengti degimo ir sprogimo, kurį sukelia ličio metalo nuosėdos.Ličio geležies fosfatas turi didesnį terminį stabilumą ir mažesnį elektrolito oksidacijos pajėgumą, todėl jis turi aukštą saugumą.
Ličio jonų akumuliatoriaus senėjimo slopinimas pasireiškia talpos susilpnėjimu ir vidinės varžos padidėjimu, o jo vidinis senėjimo slopinimo mechanizmas apima teigiamų ir neigiamų aktyviųjų medžiagų praradimą bei turimų ličio jonų praradimą.Kai katodo medžiaga yra sena ir sunykusi, o katodo talpa yra nepakankama, didesnė tikimybė, kad iš katodo išsiskirs ličio.Esant per didelės iškrovos sąlygoms, katodo ir ličio potencialas padidės iki 3 V, o tai yra didesnis nei vario tirpimo potencialas, todėl vario kolektorius ištirps.Ištirpę vario jonai nusėda ant katodo paviršiaus ir sudarys vario dendritus.Vario dendritai prasiskverbs pro diafragmą, sukeldami vidinį trumpąjį jungimą, o tai labai paveiks akumuliatoriaus saugumą.
Be to, senstančių baterijų atsparumas perkrovimui tam tikru mastu sumažės, daugiausia dėl vidinio pasipriešinimo padidėjimo ir teigiamų bei neigiamų veikliųjų medžiagų sumažėjimo, todėl baterijų perkrovimo proceso metu padidės džaulio šiluma.Esant mažesniam perkrovimui, gali atsirasti šalutinių reakcijų, dėl kurių baterijos gali nubėgti.Kalbant apie šiluminį stabilumą, ličio išsiskyrimas iš katodo smarkiai sumažės baterijos terminis stabilumas.
Žodžiu, pasenusio akumuliatoriaus saugumo charakteristikos labai sumažės, o tai sukels rimtą pavojų akumuliatoriaus saugumui.Dažniausias sprendimas yra aprūpinti akumuliatoriaus energijos kaupimo sistemą akumuliatoriaus valdymo sistema (BMS).Pavyzdžiui, 8000 18650 baterijų, naudojamų Tesla Model S, gali realiai stebėti įvairius fizinius akumuliatoriaus parametrus, įvertinti akumuliatoriaus naudojimo būseną ir atlikti internetinę diagnostiką bei išankstinį įspėjimą per akumuliatoriaus valdymo sistemą.Tuo pačiu metu jis taip pat gali atlikti iškrovimo ir išankstinio įkrovimo valdymą, akumuliatoriaus balanso valdymą ir šilumos valdymą.
Paskelbimo laikas: 2022-02-02