Lityum batareyalar portativlik va tez zaryadlashning afzalliklariga ega, shuning uchun nega qo'rg'oshin-kislotali akkumulyatorlar va boshqa ikkilamchi batareyalar hali ham bozorda aylanmoqda?
Narxlar va turli xil dastur sohalari muammolariga qo'shimcha ravishda, yana bir sabab xavfsizlikdir.
Litiy dunyodagi eng faol metalldir.Uning kimyoviy xarakteristikalari juda faol bo'lganligi sababli, lityum metall havoga ta'sir qilganda, u kislorod bilan qattiq oksidlanish reaktsiyasiga ega bo'ladi, shuning uchun u portlash, yonish va boshqa hodisalarga moyil bo'ladi.Bundan tashqari, zaryadlash va tushirish vaqtida lityum batareyaning ichida redoks reaktsiyasi ham sodir bo'ladi.Portlash va o'z-o'zidan yonish, asosan, isitishdan keyin lityum batareyaning to'planishi, tarqalishi va chiqishi tufayli yuzaga keladi.Muxtasar qilib aytganda, lityum batareyalar zaryadlash va tushirish jarayonida juda ko'p issiqlik hosil qiladi, bu batareyaning ichki haroratining ko'tarilishiga va alohida batareyalar orasidagi notekis haroratga olib keladi, bu esa batareyaning beqaror ishlashiga olib keladi.
Termal qochib ketadigan lityum-ion batareyaning xavfli xatti-harakatlari (shu jumladan, batareyani haddan tashqari zaryadlash va zaryadsizlantirish, tez zaryadlash va zaryadsizlanish, qisqa tutashuv, mexanik suiiste'mol holatlari, yuqori haroratli termal zarba va boshqalar) batareya ichidagi xavfli yon reaktsiyalarni keltirib chiqarishi va issiqlik hosil qilishi, salbiy elektrod va musbat elektrod yuzasida passiv plyonkani bevosita shikastlash.
Lityum-ionli batareyalarning termal qochib ketishini qo'zg'atadigan ko'plab sabablar mavjud.Tetiklashning xususiyatlariga ko'ra, uni mexanik suiiste'mol tetiklash, elektr suiiste'mol tetiklash va termal suiiste'mol tetiklash bo'linishi mumkin.Mexanik suiiste'mol: akupunktur, ekstruziya va avtomashinaning to'qnashuvi natijasida og'ir ob'ektlar ta'siriga ishora qiladi;Elektrni suiiste'mol qilish: odatda noto'g'ri kuchlanishni boshqarish yoki elektr komponentining ishdan chiqishi, shu jumladan qisqa tutashuv, ortiqcha zaryadlash va ortiqcha zaryadsizlanish natijasida yuzaga keladi;Issiqlikni suiiste'mol qilish: haroratni noto'g'ri boshqarish natijasida yuzaga kelgan haddan tashqari issiqlikdan kelib chiqadi.
Ushbu uchta tetiklash usullari o'zaro bog'liqdir.Mexanik suiiste'mol qilish odatda akkumulyator diafragmasining deformatsiyasiga yoki yorilishiga olib keladi, natijada batareyaning ijobiy va salbiy qutblari va qisqa tutashuv o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri aloqa paydo bo'ladi, natijada elektr tokini suiiste'mol qiladi;Biroq, elektr energiyasini suiiste'mol qilish sharti bilan, Joule issiqligi kabi issiqlik hosil bo'lishi kuchayadi, bu batareyaning harorati ko'tarilishiga olib keladi, bu esa issiqlikni suiiste'mol qilishga olib keladi, batareya ichidagi zanjirli issiqlik hosil bo'lishining yon reaktsiyasini qo'zg'atadi va nihoyat sodir bo'lishiga olib keladi. batareyaning issiqligi oqib chiqadi.
Batareyaning termal qochib ketishi batareyaning issiqlik ishlab chiqarish tezligi issiqlik tarqalish tezligidan ancha yuqori bo'lishi va issiqlik katta miqdorda to'planishi, lekin o'z vaqtida tarqalmasligi sababli yuzaga keladi.Aslini olganda, "termal qochqin" ijobiy energiya teskari aylanish jarayonidir: ko'tarilgan harorat tizimning qizib ketishiga olib keladi va tizim qizib ketgandan so'ng harorat ko'tariladi, bu esa o'z navbatida tizimni issiqroq qiladi.
Termal qochib ketish jarayoni: batareyaning ichki harorati ko'tarilganda, SEI plyonkasi yuzasidagi SEI plyonkasi yuqori haroratda parchalanadi, grafitga o'rnatilgan lityum ion elektrolitlar va biriktiruvchi bilan reaksiyaga kirishadi va batareyaning haroratini yanada oshiradi. 150 ℃ gacha va bu haroratda yangi kuchli ekzotermik reaktsiya paydo bo'ladi.Batareya harorati 200 ℃ dan oshganda, katod moddasi parchalanib, ko'p miqdorda issiqlik va gazni chiqaradi va batareya bo'rtib keta boshlaydi va doimiy ravishda qiziydi.Lityum o'rnatilgan anod elektrolitlar bilan 250-350 ℃ da reaksiyaga kirisha boshladi.Zaryadlangan katod moddasi shiddatli parchalanish reaktsiyasini boshdan kechira boshlaydi va elektrolitlar kuchli oksidlanish reaktsiyasini boshdan kechiradi, katta miqdordagi issiqlikni chiqaradi, yuqori harorat va ko'p miqdorda gaz hosil qiladi, batareyaning yonishi va portlashiga olib keladi.
Haddan tashqari zaryadlash vaqtida lityum dendrit yog'ingarchilik muammosi: Lityum kobalat batareyasi to'liq zaryadlangandan so'ng, ijobiy elektrodda katta miqdorda lityum ionlari qoladi.Ya'ni, katod katodga biriktirilgan ko'proq litiy ionlarini ushlab turolmaydi, lekin haddan tashqari zaryadlangan holatda, katoddagi ortiqcha litiy ionlari hali ham katodga suzadi.Ularni to'liq sig'dira olmasligi sababli, katodda metall lityum hosil bo'ladi.Ushbu metall litiy dendritik kristall bo'lgani uchun u dendrit deb ataladi.Agar dendrit juda uzun bo'lsa, diafragmani teshish oson, bu ichki qisqa tutashuvga olib keladi.Elektrolitning asosiy komponenti karbonat bo'lganligi sababli, uning yonish nuqtasi va qaynash nuqtasi past, shuning uchun u yuqori haroratda yonib ketadi yoki hatto portlaydi.
Agar u polimer lityum batareya bo'lsa, elektrolitlar kolloid bo'lib, u kuchliroq yonishga moyil bo'ladi.Ushbu muammoni hal qilish uchun olimlar xavfsizroq katod materiallarini almashtirishga harakat qilishadi.Lityum manganat batareyasining materiali ma'lum afzalliklarga ega.Bu musbat elektrodning litiy ionini to'liq zaryad holatida salbiy elektrodning uglerod teshigiga to'liq singdirilishini ta'minlashi mumkin, bu musbat elektrodda lityum kobalat kabi ma'lum bir qoldiqlarga ega bo'lish o'rniga, bu ma'lum darajada hosil bo'lishining oldini oladi. dendritlar.Lityum manganatning barqaror tuzilishi uning oksidlanish ko'rsatkichini lityum kobalatga qaraganda ancha past qiladi.Agar tashqi qisqa tutashuv (ichki qisqa tutashuv o'rniga) bo'lsa ham, u asosan lityum metall yog'ingarchiliklari natijasida kelib chiqqan yonish va portlashdan qochishi mumkin.Lityum temir fosfat yuqori termal barqarorlikka va elektrolitning oksidlanish qobiliyatiga ega, shuning uchun u yuqori xavfsizlikka ega.
Lityum ion batareyasining qarish susayishi quvvatning pasayishi va ichki qarshilikning oshishi bilan namoyon bo'ladi va uning ichki qarish susaytirish mexanizmi ijobiy va salbiy faol materiallarning yo'qolishi va mavjud lityum ionlarining yo'qolishini o'z ichiga oladi.Katod materiali qarigan va chirigan bo'lsa va katodning sig'imi etarli bo'lmasa, katoddan lityum evolyutsiyasi xavfi ko'proq sodir bo'ladi.Haddan tashqari zaryadsizlanish sharoitida katodning lityumga potentsiali 3V dan yuqoriga ko'tariladi, bu misning erish potentsialidan yuqori bo'lib, mis kollektorining erishini keltirib chiqaradi.Erigan mis ionlari katod yuzasida cho'kadi va mis dendritlarini hosil qiladi.Mis dendritlari diafragma orqali o'tib, ichki qisqa tutashuvga olib keladi, bu batareyaning xavfsizligiga jiddiy ta'sir qiladi.
Bundan tashqari, eskirgan batareyalarning haddan tashqari zaryadlash qarshiligi, asosan, ichki qarshilikning oshishi va ijobiy va salbiy faol moddalarning kamayishi hisobiga ma'lum darajada kamayadi, natijada batareyalarni haddan tashqari zaryadlash jarayonida joule issiqligi ortadi.Kamroq haddan tashqari zaryadlanganda, batareyalarning termal qochib ketishiga olib keladigan yon reaktsiyalar paydo bo'lishi mumkin.Termal barqarorlik nuqtai nazaridan, katoddan lityum evolyutsiyasi batareyaning termal barqarorligining keskin pasayishiga olib keladi.
Bir so'z bilan aytganda, eskirgan batareyaning xavfsizlik ko'rsatkichlari sezilarli darajada kamayadi, bu batareyaning xavfsizligiga jiddiy xavf tug'diradi.Eng keng tarqalgan yechim batareya quvvatini saqlash tizimini batareya boshqaruv tizimi (BMS) bilan jihozlashdir.Masalan, Tesla Model S-da ishlatiladigan 8000 18650 batareyalar batareyaning turli jismoniy parametrlarini real vaqt rejimida monitoringini amalga oshirishi, batareyadan foydalanish holatini baholashi va batareyani boshqarish tizimi orqali onlayn diagnostika va erta ogohlantirishni amalga oshirishi mumkin.Shu bilan birga, u zaryadsizlanish va oldindan zaryadlashni nazorat qilish, batareya balansini boshqarish va termal boshqaruvni ham amalga oshirishi mumkin.
Yuborilgan vaqt: 2022-yil 2-dekabr