Літыевыя акумулятары маюць перавагі мабільнасці і хуткай зарадкі, дык чаму свінцова-кіслотныя акумулятары і іншыя другасныя акумулятары ўсё яшчэ цыркулююць на рынку?
У дадатак да праблем кошту і розных сфер прымянення, яшчэ адна прычына - бяспека.
Літый - самы актыўны метал у свеце.Паколькі яго хімічныя характарыстыкі занадта актыўныя, калі металічны літый падвяргаецца ўздзеянню паветра, ён будзе мець жорсткую рэакцыю акіслення з кіслародам, таму ён схільны да выбуху, гарэння і іншых з'яў.Акрамя таго, акісляльна-аднаўленчая рэакцыя таксама будзе адбывацца ўнутры літыевай батарэі падчас зарадкі і разрадкі.Выбух і самазагаранне ў асноўным выкліканы назапашваннем, дыфузіяй і вызваленнем літыевай батарэі пасля награвання.Карацей кажучы, літыевыя батарэі будуць вылучаць шмат цяпла ў працэсе зарадкі і разрадкі, што прывядзе да павышэння ўнутранай тэмпературы батарэі і нераўнамернасці тэмпературы паміж асобнымі батарэямі, што прывядзе да нестабільнай працы батарэі.
Небяспечныя паводзіны літый-іённага акумулятара (у тым ліку перазарад і празмерны разрад акумулятара, хуткі зарад і разрад, кароткае замыканне, механічныя ўмовы злоўжывання, цеплавы ўдар пры высокай тэмпературы і г.д.) могуць выклікаць небяспечныя пабочныя рэакцыі ўнутры акумулятара і выдзяляць цяпло, непасрэднае пашкоджанне пасіўнай плёнкі на паверхні адмоўнага электрода і станоўчага электрода.
Ёсць шмат прычын для запуску цеплавых аварый літый-іённых акумулятараў.У адпаведнасці з характарыстыкамі спрацоўвання, яго можна падзяліць на механічны, электрычны і цеплавы.Механічны гвалт: адносіцца да акупунктуры, экструзіі і ўздзеяння цяжкіх прадметаў у выніку сутыкнення аўтамабіля;Электрычнае злоўжыванне: звычайна выклікана няправільным кіраваннем напругай або няспраўнасцю электрычных кампанентаў, уключаючы кароткае замыканне, празмерны зарад і празмерны разрад;Злоўжыванне цяплом: выклікана перагрэвам, выкліканым няправільным рэгуляваннем тэмпературы.
Гэтыя тры метаду запуску ўзаемазвязаны.Механічнае злоўжыванне, як правіла, прывядзе да дэфармацыі або разрыву дыяфрагмы батарэі, што прывядзе да прамога кантакту паміж станоўчым і адмоўным полюсамі батарэі і кароткага замыкання, што прывядзе да электрычнага злоўжывання;Аднак ва ўмовах злоўжывання электраэнергіяй выпрацоўка цяпла, напрыклад, джоўлевага цяпла, павялічваецца, што прыводзіць да павышэння тэмпературы батарэі, што ператвараецца ў злоўжыванне цяплом, што яшчэ больш выклікае пабочную рэакцыю выпрацоўкі цяпла ланцуговага тыпу ўнутры батарэі і, нарэшце, прыводзіць да ўзнікнення цеплаадвод батарэі.
Тэмпература батарэі выклікана тым, што хуткасць цеплавыдзялення батарэі значна вышэй, чым хуткасць рассейвання цяпла, і цяпло назапашваецца ў вялікай колькасці, але не рассейваецца своечасова.Па сутнасці, «цеплавы ўцёкі» - гэта працэс цыкла станоўчай зваротнай сувязі па энергіі: павышэнне тэмпературы прывядзе да награвання сістэмы, а тэмпература падвысіцца пасля таго, як сістэма стане нагрэтай, што, у сваю чаргу, прымусіць сістэму награвацца.
Працэс цеплавога ўцёку: калі ўнутраная тэмпература акумулятара павышаецца, плёнка SEI на паверхні плёнкі SEI раскладаецца пад уздзеяннем высокай тэмпературы, іёны літыя, убудаваныя ў графіт, уступаюць у рэакцыю з электралітам і злучным рэчывам, яшчэ больш павышаючы тэмпературу батарэі. да 150 ℃, і пры гэтай тэмпературы адбудзецца новая бурная экзатэрмічная рэакцыя.Калі тэмпература батарэі дасягае вышэй за 200 ℃, катодны матэрыял раскладаецца, вылучаючы вялікую колькасць цяпла і газу, і батарэя пачынае выпукацца і пастаянна награваецца.Убудаваны літый анод пачаў рэагаваць з электралітам пры 250-350 ℃.Зараджаны матэрыял катода пачынае падвяргацца бурнай рэакцыі раскладання, а электраліт падвяргаецца бурнай рэакцыі акіслення, вылучаючы вялікую колькасць цяпла, утвараючы высокую тэмпературу і вялікую колькасць газу, выклікаючы ўзгаранне і выбух батарэі.
Праблема выпадзення дендрытаў літыя падчас перазарадкі: пасля поўнага зарада літый-кабалатнай батарэі на станоўчым электродзе застаецца вялікая колькасць іёнаў літыя.Гэта значыць, катод не можа ўтрымліваць больш іёнаў літыя, прымацаваных да катода, але ў перазараджаным стане лішак іёнаў літыя на катодзе ўсё роўна будзе плыць да катода.Паколькі іх нельга цалкам утрымліваць, на катодзе будзе ўтварацца металічны літый.Паколькі гэты металічны літый з'яўляецца дендрытным крышталем, яго называюць дендрытам.Калі дендрыт занадта доўгі, дыяфрагму лёгка пракалоць, выклікаючы ўнутранае кароткае замыканне.Паколькі асноўным кампанентам электраліта з'яўляецца карбанат, яго тэмпература ўзгарання і кіпення нізкія, таму ён будзе гарэць ці нават выбухаць пры высокай тэмпературы.
Калі гэта палімерная літыевая батарэя, электраліт калоіднай, які схільны да больш бурнага гарэння.Каб вырашыць гэтую праблему, навукоўцы спрабуюць замяніць катодныя матэрыялы больш бяспечнымі.Матэрыял батарэі марганата літыя мае пэўныя перавагі.Гэта можа гарантаваць, што іён літыя станоўчага электрода можа быць цалкам убудаваны ў вугляроднае адтуліну адмоўнага электрода ў стане поўнага зарада, замест таго, каб мець пэўныя рэшткі ў станоўчым электродзе, напрыклад кобалат літыя, што ў некаторай ступені дазваляе пазбегнуць генерацыі дендрытаў.Стабільная структура манганата літыя робіць яго прадукцыйнасць акіслення значна ніжэйшай, чым у кобалата літыя.Нават калі ёсць знешняе кароткае замыканне (а не ўнутранае кароткае замыканне), у асноўным можна пазбегнуць узгарання і выбуху, выкліканых выпадзеннем металічнага літыя.Фасфат жалеза літыя мае больш высокую тэрмічную стабільнасць і меншую акісляльную здольнасць электраліта, таму ён мае высокую бяспеку.
Паслабленне літый-іённай батарэі пры старэнні выяўляецца паслабленнем ёмістасці і павелічэннем унутранага супраціву, а яе ўнутраны механізм паслаблення старэння ўключае страту станоўчых і адмоўных актыўных матэрыялаў і страту даступных іёнаў літыя.Калі матэрыял катода старэе і распадаецца, а ёмістасць катода недастатковая, верагоднасць узнікнення рызыкі вылучэння літыя з катода павялічваецца.Ва ўмовах празмернага разраду патэнцыял катода да літыя падымецца вышэй за 3 В, што вышэй, чым патэнцыял растварэння медзі, што прывядзе да растварэння меднага калектара.Раствораныя іёны медзі будуць выпадаць у асадак на паверхні катода і ўтвараць дендрыты медзі.Дэндрыты медзі будуць праходзіць праз дыяфрагму, выклікаючы ўнутранае кароткае замыканне, што сур'ёзна ўплывае на характарыстыкі бяспекі батарэі.
Акрамя таго, устойлівасць да перазарадкі састарэлых батарэй у пэўнай ступені знізіцца, галоўным чынам за кошт павелічэння ўнутранага супраціву і памяншэння станоўчых і адмоўных актыўных рэчываў, што прыводзіць да павелічэння джоўлевага цяпла ў працэсе перазарадкі батарэй.Пры меншай залішняй зарадцы могуць узнікнуць пабочныя рэакцыі, якія выклікаюць цеплавы ўцёк батарэй.З пункту гледжання тэрмічнай стабільнасці, вылучэнне літыя з катода прывядзе да рэзкага зніжэння тэрмічнай стабільнасці батарэі.
Адным словам, характарыстыкі бяспекі састарэлай батарэі будуць значна зніжаны, што паставіць пад сур'ёзную пагрозу бяспеку батарэі.Найбольш распаўсюджаным рашэннем з'яўляецца абсталяванне сістэмы назапашвання энергіі батарэі сістэмай кіравання батарэяй (BMS).Напрыклад, батарэі 8000 18650, якія выкарыстоўваюцца ў Tesla Model S, могуць ажыццяўляць маніторынг розных фізічных параметраў батарэі ў рэжыме рэальнага часу, ацэньваць стан выкарыстання батарэі і праводзіць анлайн-дыягностыку і ранняе папярэджанне праз сістэму кіравання батарэяй.У той жа час ён таксама можа выконваць кантроль разраду і папярэдняй зарадкі, кіраванне балансам батарэі і кіраванне тэмпературай.
Час публікацыі: 2 снежня 2022 г