Батареяҳои литийӣ бартариҳои интиқолпазирӣ ва пуркунии зуд доранд, пас чаро батареяҳои сурб ва дигар батареяҳои дуюмдараҷа то ҳол дар бозор гардиш мекунанд?
Илова ба мушкилоти арзиш ва соҳаҳои гуногуни татбиқ, сабаби дигар амният аст.
Литий металли фаъолтарин дар ҷаҳон аст.Азбаски хусусиятҳои кимиёвии он хеле фаъол аст, вақте ки металли литий ба ҳаво дучор мешавад, он реаксияи шадиди оксидшавӣ бо оксиген дорад, бинобар ин ба таркиш, сӯзиш ва дигар падидаҳо майл дорад.Илова бар ин, дар дохили батареяи литий ҳангоми пур кардан ва холӣ кардан реаксияи редокс низ ба амал меояд.Таркиш ва сӯхтани стихиявӣ асосан аз ҷамъшавӣ, паҳншавӣ ва баровардани батареяи литий пас аз гармкунӣ ба амал меояд.Хулоса, батареяҳои литийӣ ҳангоми пур кардани барқ ва холӣ гармии зиёд ба вуҷуд меоранд, ки боиси баланд шудани ҳарорати дохилии батарея ва нобаробарии байни батареяҳои ҷудогона мегардад ва ба ин васила боиси фаъолияти ноустувори батарея мегардад.
Рафтори хатарноки батареяи литий-ионии гармидиҳандаи гармидиҳӣ (аз ҷумла пуркунии барқ ва аз ҳад зиёд холӣ кардани батарея, пуркунии зуд ва холӣ, расиши кӯтоҳ, шароити сӯиистифодаи механикӣ, зарбаи гармии баланд ва ғ.) эҳтимол дорад, ки аксуламалҳои паҳлӯии хатарноки дохили батареяро ба вуҷуд оранд ва гармӣ тавлид кунанд, бевосита ба плёнкаи пассив дар электроди манфй ва сатхи электроди мусбат зарар мерасонад.
Сабабҳои зиёд барои сар задани садамаҳои гармидиҳии батареяҳои литий-ион вуҷуд доранд.Мувофиқи хусусиятҳои триггер, он метавонад ба триггерҳои сӯиистифодаи механикӣ, триггерҳои сӯиистифода аз барқ ва триггери сӯиистифодаи гармӣ тақсим карда шавад.Сӯиистифодаи механикӣ: ба акупунктура, экструзия ва таъсири ашёи вазнин, ки дар натиҷаи бархӯрди мошин ба вуҷуд омадааст, дахл дорад;Сӯиистеъмоли барқ: одатан дар натиҷаи идоракунии нодурусти шиддат ё нокомии ҷузъҳои барқӣ, аз ҷумла расиши кӯтоҳ, аз ҳад зиёд пуркунии барқ ва аз ҳад зиёд разряд ба вуҷуд омадааст;Сӯиистеъмоли гармӣ: аз ҳад зиёд гармшавӣ дар натиҷаи идоракунии нодурусти ҳарорат ба вуҷуд омадааст.
Ин се усули триггер бо ҳам алоқаманданд.Сӯиистеъмоли механикӣ одатан боиси деформатсия ё шикастани диафрагмаи батарея мегардад, ки дар натиҷа байни қутбҳои мусбат ва манфии батарея ва ноқилҳои кӯтоҳ тамос гирифта, ба сӯиистифода аз нерӯи барқ оварда мерасонад;Бо вуҷуди ин, дар ҳолати сӯиистифода аз нерӯи барқ, тавлиди гармӣ ба монанди гармии Ҷоул афзоиш меёбад, ки боиси болоравии ҳарорати батарея мегардад, ки ба сӯиистифодаи гармӣ табдил меёбад ва минбаъд аксуламали паҳлӯии тавлиди гармии занҷирро дар дохили батарея ба вуҷуд меорад ва дар ниҳоят ба пайдоиши он оварда мерасонад. гармии батареяро тарк мекунад.
Рафтори гармии батарея аз он сабаб ба амал меояд, ки суръати тавлиди гармии батарея аз суръати паҳншавии гармӣ хеле баланд аст ва гармӣ ба миқдори зиёд ҷамъ мешавад, аммо дар вақташ пароканда намешавад.Аслан, “гурехтани гармӣ” як раванди мусбати гардиши бозгашти энергия мебошад: болоравии ҳарорат боиси гарм шудани система мегардад ва ҳарорат пас аз гарм шудани система баланд мешавад, ки дар навбати худ системаро гармтар мекунад.
Раванди гурези гармӣ: вақте ки ҳарорати дохилии батарея баланд мешавад, филми SEI дар сатҳи филми SEI дар зери ҳарорати баланд таҷзия мешавад, иони литий, ки дар графит ҷойгир шудааст, бо электролит ва пайвасткунанда реаксия карда, ҳарорати батареяро боз ҳам боло тела медиҳад. то 150 ℃ ва дар ин ҳарорат реаксияи нави шадиди экзотермикӣ ба амал меояд.Вақте ки ҳарорати батарея ба 200 ℃ мерасад, маводи катодӣ таҷзия шуда, миқдори зиёди гармӣ ва газро хориҷ мекунад ва батарея ба боло меравад ва пайваста гарм мешавад.Аноди дарунсохтаи литий бо электролит дар 250-350 ℃ реаксияро оғоз кард.Маводи катодии заряднок ба реаксияи шадиди таҷзияшавӣ оғоз мекунад ва электролит реаксияи шадиди оксидшавиро аз сар мегузаронад, миқдори зиёди гармӣ хориҷ мекунад, ҳарорати баланд ва миқдори зиёди газро ба вуҷуд меорад, ки боиси сӯзиш ва таркиши батарея мегардад.
Мушкилоти боришоти дендрити литий ҳангоми пуркунии изофа: Пас аз пур кардани батареяи литий кобалат, миқдори зиёди ионҳои литий дар электроди мусбат боқӣ мемонанд.Яъне, катод наметавонад ионҳои литийи бештар ба катод пайвастшударо нигоҳ дорад, аммо дар ҳолати аз ҳад зиёд заряднок, ионҳои литийи зиёдатии катод то ҳол ба катод шино мекунанд.Азбаски онҳо пурра ҷойгир карда намешаванд, дар катод литийи металлӣ пайдо мешавад.Азбаски ин металли литий як булӯри дендритӣ аст, онро дендрит меноманд.Агар дендрит аз ҳад зиёд дароз бошад, сӯрох кардани диафрагма осон аст, ки боиси расиши кӯтоҳи дохилӣ мегардад.Азбаски ҷузъи асосии электролит карбонат аст, нуқтаи оташгиршавӣ ва ҷӯшиши он паст аст, бинобар ин дар ҳарорати баланд сӯхта ё ҳатто таркида мешавад.
Агар он батареяи полимерии литий бошад, электролит коллоид аст, ки ба сӯзиши шадидтар моил аст.Барои ҳалли ин мушкилот олимон кӯшиш мекунанд, ки маводи катодҳои бехатарро иваз кунанд.Маводи батареяи манганати литий бартариҳои муайян дорад.Он метавонад кафолат диҳад, ки иони литийи электроди мусбат метавонад ба сӯрохи карбонии электроди манфӣ дар ҳолати пурраи барқ ҷой карда шавад, ба ҷои он ки боқимондаҳои муайян дар электроди мусбӣ ба монанди кобалати литий, ки то андозае аз тавлиди литий пешгирӣ мекунад дендритҳо.Сохтори устувори манганати литий қобилияти оксидшавии онро нисбат ба кобалати литий хеле паст мекунад.Ҳатто агар ноқилҳои кӯтоҳи беруна вуҷуд дошта бошанд (ба ҷои ноқилҳои кӯтоҳи дохилӣ), он метавонад асосан аз сӯзиш ва таркиш, ки дар натиҷаи боришоти металли литий ба вуҷуд омадааст, пешгирӣ кунад.Фосфати оҳани литий дорои устувории гармии баланд ва иқтидори оксидшавии камтари электролит мебошад, бинобар ин он бехатарии баланд дорад.
Пастшавии пиршавии батареяи литийи ион бо коҳишёбии иқтидор ва афзоиши муқовимати дохилӣ зоҳир мешавад ва механизми камшавии пиршавии дохилии он аз даст додани маводҳои фаъоли мусбат ва манфи ва аз даст додани ионҳои мавҷудаи литий иборат аст.Вақте ки маводи катод пир мешавад ва пӯсида мешавад ва иқтидори катод нокифоя аст, хатари эволютсияи литий аз катод эҳтимоли зиёд дорад.Дар ҳолати разряди зиёдатӣ, потенсиали катод ба литий то 3V боло хоҳад рафт, ки аз потенсиали парокандашавии мис баландтар аст, ки боиси обшавии коллектори мис мегардад.Ионҳои миси ҳалшуда дар сатҳи катод боришот мешаванд ва дендритҳои мисро ташкил медиҳанд.Дендритҳои мис аз диафрагма гузашта, ноқилҳои кӯтоҳи дохилиро ба вуҷуд меоранд, ки ба кори бехатарии батарея таъсири ҷиддӣ мерасонад.
Илова бар ин, муқовимати изофабории батареяҳои фарсуда асосан аз ҳисоби зиёд шудани муқовимати дохилӣ ва кам шудани моддаҳои фаъоли мусбат ва манфӣ то андозае кам мешавад, ки дар натиҷа ҳангоми аз ҳад зиёд пуркунии батареяҳо гармии ҷоул зиёд мешавад.Дар ҳолати камтар пуркунии барқ, аксуламалҳои тарафӣ метавонанд ба амал оянд, ки боиси рафъи гармии батареяҳо гардад.Дар робита ба устувории гармӣ, эволютсияи литий аз катод ба якбора паст шудани устувории гармии батарея оварда мерасонад.
Ба ибораи дигар, самаранокии бехатарии батареяи кӯҳна хеле кам карда мешавад, ки ба бехатарии батарея хатари ҷиддӣ меорад.Роҳи маъмултарин ин муҷаҳҳаз кардани системаи нигоҳдории энергияи батарея бо системаи идоракунии батарея (BMS) мебошад.Масалан, батареяҳои 8000 18650, ки дар Tesla Model S истифода мешаванд, метавонанд дар вақти воқеӣ мониторинги параметрҳои гуногуни физикии батареяро амалӣ созанд, ҳолати истифодаи батареяро арзёбӣ кунанд ва тавассути системаи идоракунии батареяи он онлайн ташхис ва огоҳии пешакӣ гузаронанд.Ҳамзамон, он инчунин метавонад назорати холӣ ва пуркунии пешакӣ, идоракунии тавозуни батарея ва идоракунии гармиро иҷро кунад.
Вақти фиристодан: Декабри 02-2022