Литиумските батерии ги имаат предностите на преносливост и брзо полнење, па зошто оловните батерии и другите секундарни батерии сè уште циркулираат на пазарот?
Покрај проблемите со трошоците и различните полиња на примена, друга причина е безбедноста.
Литиумот е најактивниот метал во светот.Бидејќи неговите хемиски карактеристики се премногу активни, кога литиум металот е изложен на воздухот, тој ќе има жестока реакција на оксидација со кислород, па затоа е подложен на експлозија, согорување и други појави.Покрај тоа, реакцијата на редокс ќе се појави и во внатрешноста на литиумската батерија при полнење и празнење.Експлозијата и спонтано согорување главно се предизвикани од акумулација, дифузија и ослободување на литиумската батерија по загревањето.Накратко, литиумските батерии ќе генерираат многу топлина за време на процесот на полнење и празнење, што ќе доведе до зголемување на внатрешната температура на батеријата и нерамномерна температура помеѓу поединечните батерии, што ќе предизвика нестабилна работа на батеријата.
Небезбедните однесувања на литиум-јонската батерија (вклучувајќи преполнување и препразнење на батеријата, брзо полнење и празнење, краток спој, услови за механичка злоупотреба, термички удар со висока температура итн.) веројатно ќе предизвикаат опасни странични реакции во батеријата и ќе генерираат топлина, директно оштетување на пасивната фолија на негативната електрода и површината на позитивната електрода.
Постојат многу причини за предизвикување термички несреќи на литиум-јонските батерии.Според карактеристиките на активирањето, може да се подели на активирање на механичка злоупотреба, активирање на електрична злоупотреба и активирање на термичка злоупотреба.Механичка злоупотреба: се однесува на акупунктура, истиснување и удар на тешки предмети предизвикани од судир на возило;Злоупотреба на електрична енергија: генерално предизвикана од неправилно управување со напонот или дефект на електричната компонента, вклучувајќи краток спој, преполнување и претерано празнење;Злоупотреба на топлина: предизвикана од прегревање предизвикано од неправилно управување со температурата.
Овие три методи на активирање се меѓусебно поврзани.Механичката злоупотреба генерално ќе предизвика деформација или кинење на дијафрагмата на батеријата, што резултира со директен контакт помеѓу позитивните и негативните полови на батеријата и краток спој, што резултира со злоупотреба на електрична енергија;Меѓутоа, во услови на злоупотреба на електрична енергија, производството на топлина, како што е топлината од џул, се зголемува, предизвикувајќи зголемување на температурата на батеријата, што се развива во злоупотреба на топлина, дополнително активирајќи ја страничната реакција на ланец за создавање топлина во внатрешноста на батеријата и на крајот доведува до појава на батеријата топлина бегство.
Термичкото бегство на батеријата е предизвикано од фактот што брзината на создавање топлина на батеријата е многу повисока од стапката на дисипација на топлина, а топлината се акумулира во голема количина, но не се троши на време.Во суштина, „термалното бегство“ е процес на циклус на повратна повратна енергија: зголемувањето на температурата ќе предизвика системот да стане жежок, а температурата ќе се зголеми откако системот ќе стане жежок, што пак ќе го направи системот да стане потопол.
Процес на термичко бегство: кога внатрешната температура на батеријата се зголемува, SEI филмот на површината на филмот SEI се распаѓа при висока температура, јонот на литиум вграден во графитот ќе реагира со електролитот и врзивно средство, дополнително ја зголемува температурата на батеријата. до 150 ℃, а на оваа температура ќе се појави нова насилна егзотермичка реакција.Кога температурата на батеријата ќе достигне над 200 ℃, катодниот материјал се распаѓа, ослободувајќи голема количина топлина и гас, а батеријата почнува да се испакнува и постојано се загрева.Литиумската вградена анода почна да реагира со електролитот на 250-350 ℃.Наполнетиот катоден материјал почнува да претрпува насилна реакција на распаѓање, а електролитот претрпува насилна реакција на оксидација, ослободувајќи голема количина топлина, генерирајќи висока температура и големо количество гас, предизвикувајќи согорување и експлозија на батеријата.
Проблемот со врнежите од литиум дендрит при преполнување: Откако батеријата на литиум кобалат е целосно наполнета, голема количина литиумски јони остануваат во позитивната електрода.Тоа е да се каже, катодата не може да задржи повеќе литиумски јони прикачени на катодата, но во состојба на преполнетост, вишокот литиумски јони на катодата сè уште ќе доплива до катодата.Бидејќи тие не можат целосно да се содржат, на катодата ќе се формира метален литиум.Бидејќи овој метален литиум е дендритски кристал, тој се нарекува дендрит.Ако дендритот е премногу долг, лесно е да се пробие дијафрагмата, предизвикувајќи внатрешен краток спој.Бидејќи главната компонента на електролитот е карбонат, неговата точка на палење и точка на вриење се ниски, така што ќе изгори или дури и ќе експлодира на висока температура.
Ако се работи за полимерна литиумска батерија, електролитот е колоиден, што е склон кон посилно согорување.Со цел да се реши овој проблем, научниците се обидуваат да ги заменат побезбедните катодни материјали.Материјалот од литиум манганат батерија има одредени предности.Може да обезбеди дека литиумскиот јон на позитивната електрода може целосно да се вметне во јаглеродната дупка на негативната електрода под состојба на целосно полнење, наместо да има одредени остатоци во позитивната електрода како литиум кобалат, што до одреден степен го избегнува создавањето на дендрити.Стабилната структура на литиум манганат ги прави неговите перформанси на оксидација многу пониски од оние на литиум кобалат.Дури и ако има надворешен краток спој (наместо внатрешен краток спој), тој во основа може да избегне согорување и експлозија предизвикани од врнежите од литиум метал.Литиум железо фосфат има поголема термичка стабилност и помал капацитет на оксидација на електролитот, така што има висока безбедност.
Стареењето на слабеењето на литиум јонската батерија се манифестира со слабеење на капацитетот и зголемување на внатрешниот отпор, а нејзиниот внатрешен механизам за слабеење вклучува губење на позитивни и негативни активни материјали и губење на достапни литиумски јони.Кога катодниот материјал е застарен и распаднат, а капацитетот на катодата е недоволен, постои поголема веројатност да се појави ризик од еволуција на литиум од катодата.Под услов на прекумерно празнење, потенцијалот на катодата до литиум ќе се искачи на над 3V, што е повисоко од потенцијалот на растворање на бакар, предизвикувајќи растворање на бакарниот колектор.Растворените бакарни јони ќе таложат на површината на катодата и ќе формираат бакарни дендрити.Бакарните дендрити ќе поминат низ дијафрагмата, предизвикувајќи внатрешен краток спој, што сериозно влијае на безбедносните перформанси на батеријата.
Дополнително, отпорот на преполнување на стареењето на батериите ќе се намали до одреден степен, главно поради зголемувањето на внатрешниот отпор и намалувањето на позитивните и негативните активни супстанции, што резултира со зголемување на топлината од џул при процесот на преполнување на батериите.При помало преполнување, може да се активираат странични реакции, предизвикувајќи термичко бегство на батериите.Во однос на термичката стабилност, еволуцијата на литиум од катодата ќе доведе до нагло опаѓање на термичката стабилност на батеријата.
Со еден збор, безбедносните перформанси на застарената батерија значително ќе се намалат, што сериозно ќе ја загрози безбедноста на батеријата.Највообичаеното решение е опремување на системот за складирање енергија од батеријата со систем за управување со батерии (BMS).На пример, 8000 18650 батерии што се користат во Tesla Model S можат да реализираат следење во реално време на различни физички параметри на батеријата, да го проценат статусот на користење на батеријата и да спроведуваат онлајн дијагноза и рано предупредување преку неговиот систем за управување со батерии.Во исто време, може да врши и контрола на празнење и пред полнење, управување со балансот на батеријата и термичко управување.
Време на објавување: Декември-02-2022 година