Liitiumakudel on kaasaskantavuse ja kiire laadimise eelised, miks siis pliiakud ja muud sekundaarakud endiselt turul ringlevad?
Lisaks kuluprobleemidele ja erinevatele rakendusvaldkondadele on teiseks põhjuseks turvalisus.
Liitium on kõige aktiivsem metall maailmas.Kuna selle keemilised omadused on liiga aktiivsed, tekib liitiummetalli kokkupuutel õhuga äge oksüdatsioonireaktsioon hapnikuga, mistõttu on see plahvatus-, põlemis- ja muude nähtuste suhtes altid.Lisaks toimub liitiumaku sees laadimise ja tühjenemise ajal ka redoksreaktsioon.Plahvatuse ja isesüttimise põhjuseks on peamiselt liitiumaku akumuleerumine, difusioon ja vabanemine pärast kuumutamist.Lühidalt öeldes toodavad liitiumakud laadimise ja tühjenemise ajal palju soojust, mis põhjustab aku sisetemperatuuri tõusu ja üksikute akude vahel ebaühtlase temperatuuri, põhjustades seega aku ebastabiilset jõudlust.
Termiliselt välja jooksva liitiumioonaku ebaturvaline käitumine (sealhulgas aku üle- ja tühjenemine, kiire laadimine ja tühjenemine, lühis, mehaanilised väärkasutuse tingimused, kõrge temperatuuriga termiline šokk jne) põhjustavad tõenäoliselt ohtlikke kõrvalreaktsioone aku sees ja tekitavad kuumust, kahjustades otseselt negatiivse elektroodi ja positiivse elektroodi pinnal olevat passiivset kilet.
Liitium-ioonakude termilise jooksva õnnetuse vallandamiseks on palju põhjuseid.Käivitamise omaduste järgi võib selle jagada mehaanilise väärkasutuse vallandamiseks, elektrilise väärkasutuse vallandamiseks ja termilise väärkasutuse vallandamiseks.Mehaaniline kuritarvitamine: viitab nõelravile, väljapressimisele ja raskete objektide kokkupõrkele, mis on põhjustatud sõiduki kokkupõrkest;Elektri kuritarvitamine: tavaliselt põhjustatud ebaõigest pinge juhtimisest või elektrikomponentide rikkest, sealhulgas lühisest, ülelaadimisest ja tühjenemisest;Kuumuse kuritarvitamine: põhjustatud ülekuumenemisest, mis on põhjustatud ebaõigest temperatuuri juhtimisest.
Need kolm käivitamismeetodit on omavahel seotud.Mehaaniline kuritarvitamine põhjustab tavaliselt aku membraani deformatsiooni või purunemist, mille tulemuseks on otsekontakt aku positiivse ja negatiivse pooluse vahel ning lühis, mille tulemuseks on elektri kuritarvitamine;Kuid elektrienergia kuritarvitamise korral suureneb soojuse teke, näiteks džauli kuumus, mis põhjustab aku temperatuuri tõusu, mis areneb kuumuse kuritarvitamises, käivitades veelgi ahelahel tüüpi soojuse tekitamise kõrvalreaktsiooni aku sees ja viimaks lõpuks selleni. aku kuumenemine.
Aku termilise äravoolu põhjustab asjaolu, et aku soojuse genereerimise kiirus on palju suurem kui soojuse hajumise kiirus ja soojust koguneb suures koguses, kuid see ei haju aja jooksul.Sisuliselt on "termiline põgenemine" positiivse energia tagasiside tsükli protsess: temperatuuri tõus põhjustab süsteemi kuumaks ja temperatuur tõuseb pärast süsteemi kuumenemist, mis omakorda muudab süsteemi kuumemaks.
Termilise põgenemise protsess: kui aku sisetemperatuur tõuseb, laguneb SEI kile pinnal olev SEI kile kõrgel temperatuuril, grafiidis sisalduv liitiumioon reageerib elektrolüüdi ja sideainega, tõstes aku temperatuuri veelgi kõrgemale. 150 ℃ ja sellel temperatuuril toimub uus äge eksotermiline reaktsioon.Kui aku temperatuur jõuab üle 200 ℃, laguneb katoodmaterjal, eraldades suurel hulgal soojust ja gaasi ning aku hakkab punnitama ja soojeneb pidevalt.Liitiumi sisseehitatud anood hakkas reageerima elektrolüüdiga temperatuuril 250-350 ℃.Laetud katoodmaterjal hakkab läbima ägedat lagunemisreaktsiooni ja elektrolüüt läbib ägeda oksüdatsioonireaktsiooni, vabastades suurel hulgal soojust, tekitades kõrge temperatuuri ja suure hulga gaasi, põhjustades aku põlemist ja plahvatust.
Liitiumdendriidi sadestumise probleem ülelaadimise ajal: pärast liitiumkobalaadi aku täielikku laadimist jääb positiivsesse elektroodi suur hulk liitiumiioone.See tähendab, et katood ei suuda hoida katoodi küljes rohkem liitiumioone, kuid ülelaetud olekus ujuvad katoodil olevad liitiumioonid siiski katoodile.Kuna neid ei saa täielikult sisaldada, moodustub katoodile metallliitium.Kuna see metallliitium on dendriitkristall, nimetatakse seda dendriidiks.Kui dendriit on liiga pikk, on diafragmat lihtne läbistada, põhjustades sisemise lühise.Kuna elektrolüüdi põhikomponent on karbonaat, on selle süttimis- ja keemispunkt madal, mistõttu see põleb või isegi plahvatab kõrgel temperatuuril.
Kui tegemist on polümeer-liitiumakuga, on elektrolüüt kolloidne, mis on altid ägedamale põlemisele.Selle probleemi lahendamiseks püüavad teadlased asendada ohutumad katoodmaterjalid.Liitiummanganaadi aku materjalil on teatud eelised.See võib tagada, et positiivse elektroodi liitiumiooni saab täielikult sisestada negatiivse elektroodi süsiniku auku täislaengu olekus, selle asemel, et positiivses elektroodis oleks teatud jääke, nagu liitiumkobalaat, mis teatud määral väldib elektroodi teket. dendriidid.Liitiummanganaadi stabiilne struktuur muudab selle oksüdatsioonivõime palju madalamaks kui liitiumkobalaadil.Isegi kui esineb väline lühis (mitte sisemine), võib see põhimõtteliselt vältida liitiummetalli sademetest põhjustatud põlemist ja plahvatust.Liitiumraudfosfaadil on kõrgem termiline stabiilsus ja elektrolüüdi madalam oksüdatsioonivõime, seega on sellel kõrge ohutus.
Liitiumioonaku vananemise nõrgenemine väljendub võimsuse nõrgenemises ja sisemise takistuse suurenemises ning selle sisemine vananemissummutusmehhanism hõlmab positiivsete ja negatiivsete aktiivsete materjalide kadu ning saadaolevate liitiumioonide kadu.Kui katoodi materjal on vananenud ja lagunenud ning katoodi võimsus on ebapiisav, on oht liitiumi eraldumiseks katoodist tõenäolisem.Ülelaadimise korral tõuseb katoodi potentsiaal liitiumile üle 3 V, mis on suurem kui vase lahustumispotentsiaal, põhjustades vasekollektori lahustumise.Lahustunud vase ioonid sadestuvad katoodi pinnale ja moodustavad vaskdendriite.Vase dendriidid läbivad diafragmat, põhjustades sisemise lühise, mis mõjutab tõsiselt aku ohutust.
Lisaks väheneb teatud määral vananevate akude ülelaadimiskindlus, mis on peamiselt tingitud sisemise takistuse suurenemisest ning positiivsete ja negatiivsete toimeainete vähenemisest, mille tulemuseks on džauli soojuse suurenemine akude ülelaadimise protsessis.Väiksema ülelaadimise korral võivad vallandada kõrvalreaktsioonid, mis põhjustavad akude termilise jooksmise.Termilise stabiilsuse osas põhjustab liitiumi eraldumine katoodist aku termilise stabiilsuse järsu languse.
Ühesõnaga, vananenud aku ohutusvõime väheneb oluliselt, mis seab tõsiselt ohtu aku ohutuse.Levinuim lahendus on varustada aku energiasalvestussüsteem akuhaldussüsteemiga (BMS).Näiteks Tesla Model S-s kasutatavad 8000 18650 akut saavad oma akuhaldussüsteemi kaudu teostada aku erinevate füüsiliste parameetrite reaalajas jälgimist, hinnata aku kasutusolekut ning viia läbi veebidiagnostika ja varajase hoiatamise.Samal ajal võib see teostada ka tühjenemise ja laadimise eelkontrolli, aku tasakaalu juhtimist ja soojusjuhtimist.
Postitusaeg: Detsember-02-2022