Litiozko bateriaren segurtasuna

Litiozko bateriak eramangarritasunaren eta karga azkarraren abantailak dituzte, beraz, zergatik ari dira oraindik merkatuan berun-azidozko bateriak eta bigarren mailako beste bateria batzuk zirkulatzen?
Kostuen arazoez eta aplikazio eremu ezberdinez gain, beste arrazoi bat segurtasuna da.
Litioa munduko metal aktiboena da.Bere ezaugarri kimikoak aktiboegiak direnez, litio metala airera jasaten denean, oxigenoarekin oxidazio erreakzio gogorra izango du, beraz, leherketa, errekuntza eta bestelako fenomenoak izateko joera du.Horrez gain, litiozko bateriaren barruan ere erredox erreakzioa gertatuko da kargatu eta deskargatzean.Leherketa eta errekuntza espontaneoa berotu ondoren litiozko bateriaren metaketa, hedapena eta askapenaren ondorioz gertatzen dira batez ere.Laburbilduz, litiozko bateriek bero asko sortuko dute kargatzeko eta deskargatzeko prozesuan, eta horrek bateriaren barne-tenperaturaren igoera ekarriko du eta banakako baterien arteko tenperatura irregularra ekarriko du, horrela bateriaren errendimendu ezegonkorra eragingo du.
Litio-ioi-ioizko bateria termiko iheskorren jokabide ez-seguruek (bateria gainkarga eta gaindeskarga, karga eta deskarga azkarrak, zirkuitu laburrak, gehiegikeria mekanikoak, tenperatura altuko shock termikoa, etab.) litekeena da bateriaren barruan albo-erreakzio arriskutsuak eragin eta beroa sortzea. Elektrodo negatiboan eta elektrodo positiboaren gainazalean film pasiboa zuzenean kaltetuz.
Arrazoi asko daude litio ioizko baterien ihes termikoen istripuak abiarazteko.Abiaraztearen ezaugarrien arabera, abusu mekanikoa, abusu elektrikoa eta abusu termikoa abiarazteetan bana daiteke.Tratu txar mekanikoa: ibilgailuen talkak eragindako akupuntura, estrusioa eta objektu astunen inpaktua aipatzen du;Tratu txar elektrikoa: orokorrean tentsio-kudeaketa desegokiak edo osagai elektrikoen hutsegiteek eragindakoa, zirkuitu laburrak, gainkargak eta gaindeskargak barne;Bero gehiegikeria: tenperaturaren kudeaketa desegokiaren ondorioz sortutako gehiegizko berotzearen ondorioz.

Hiru abiarazteko metodo hauek elkarrekin erlazionatuta daude.Tratu txar mekanikoak, oro har, bateriaren diafragma deformazioa edo haustura eragingo du, bateriaren polo positibo eta negatiboen eta zirkuitu laburren arteko kontaktu zuzena eraginez, tratu txar elektrikoa eraginez;Hala ere, elektrizitate gehiegikeriaren baldintzapean, Joule beroa bezalako bero-sorkuntza handitu egiten da, bateriaren tenperatura igotzen delarik, eta beroaren gehiegikeria bihurtzen da, kate motako beroa sortzeko albo-erreakzioa bateriaren barruan areagotuz eta, azkenean, agerraldia eraginez. bateriaren beroaren ihesa.
Bateriaren ihes termikoa bateriaren beroa sortzeko tasa beroa xahutzeko tasa baino askoz handiagoa delako eta beroa kopuru handian pilatzen da baina ez da denboran xahutzen.Funtsean, "ihesaldi termikoa" energiaren feedback positiboko ziklo prozesu bat da: tenperatura igotzeak sistema berotu egingo du, eta tenperatura igo egingo da sistema berotu ondoren, eta horrek sistema berotu egingo du.
Ihesaldi termikoaren prozesua: bateriaren barne-tenperatura igotzen denean, SEI filmaren gainazaleko SEI filma tenperatura altuan deskonposatzen da, grafitoan txertatutako litio ioiak elektrolitoarekin eta lokailuarekin erreakzionatuko du, bateriaren tenperatura are gehiago bultzatuz. 150 ℃-ra, eta tenperatura horretan erreakzio exotermiko bortitz berri bat gertatuko da.Bateriaren tenperatura 200 ℃-tik gora iristen denean, katodoaren materiala deskonposatzen da, bero eta gas kantitate handia askatuz, eta bateria puztu eta etengabe berotzen hasten da.Litio txertatutako anodoa elektrolitoarekin erreakzionatzen hasi zen 250-350 ℃-tan.Kargatutako katodoaren materiala deskonposizio-erreakzio bortitza jasaten hasten da, eta elektrolitoak oxidazio-erreakzio bortitza jasaten du, bero-kantitate handia askatuz, tenperatura altua eta gas-kantitate handia sortuz, bateriaren errekuntza eta leherketa eraginez.
Gehiegizko karga garaian litio dendrita prezipitazioaren arazoa: litio kobalato bateria guztiz kargatu ondoren, litio ioi kopuru handi bat geratzen da elektrodo positiboan.Hau da, katodoak ezin ditu litio-ioi gehiago eduki katodoari lotuta, baina gehiegizko egoeran, katodoan gehiegizko litio-ioiek katodoraino igeri egingo dute.Ezin direnez guztiz eduki, litio metalikoa sortuko da katodoan.Litio metal hori kristal dendritiko bat denez, dendrita deitzen zaio.Dendrita luzeegia bada, erraza da diafragma zulatzea, barne zirkuitulaburra eraginez.Elektrolitoaren osagai nagusia karbonatoa denez, bere pizte-puntua eta irakite-puntua baxuak dira, beraz, tenperatura altuan erre edo eztanda egingo du.

Litio polimerozko bateria bat bada, elektrolitoa koloidala da, errekuntza bortitzagoa izateko joera duena.Arazo hau konpontzeko, zientzialariek katodo material seguruagoak ordezkatzen saiatzen dira.Litio manganatozko bateriaren materialak abantaila batzuk ditu.Elektrodo positiboaren litio ioia guztiz txerta daitekeela elektrodo negatiboaren karbono-zuloan karga-egoeran guztiz txerta daitekeela ziurta dezake, litio kobalatoa bezalako elektrodo positiboan hondakin batzuk eduki beharrean, eta horrek hein batean sorkuntza saihesten du. dendritak.Litio manganatoaren egitura egonkorrak bere oxidazio-errendimendua litio kobalatoarena baino askoz txikiagoa da.Nahiz eta kanpoko zirkuitu labur bat egon (barneko zirkuitu laburra baino), funtsean litio metalikoaren prezipitazioak eragindako errekuntza eta leherketak saihestu ditzake.Litio burdin fosfatoak egonkortasun termiko handiagoa eta elektrolitoaren oxidazio ahalmen txikiagoa du, beraz, segurtasun handia du.
Litio-ioietako bateriaren zahartzearen ahultzea ahalmenaren murrizketa eta barne-erresistentzia handitzearen ondorioz agertzen da, eta bere barne zahartzearen arintze-mekanismoak material aktibo positiboak eta negatiboak galtzea eta eskuragarri dauden litio ioiak galtzea barne hartzen ditu.Katodoaren materiala zahartu eta usteltzen denean eta katodoaren ahalmena nahikoa ez denean, katodotik litioaren bilakaeraren arriskua gerta daiteke.Gehiegizko deskargaren baldintzapean, litiorako katodoaren potentziala 3V-tik gora igoko da, hau da, kobrearen disoluzio potentziala baino handiagoa, kobre-kolektorearen disoluzioa eraginez.Disolbatutako kobre ioiak katodoaren gainazalean hauspeatuko dira eta kobre-dendritak eratuko dira.Kobrezko dendritak diafragmatik igaroko dira, barne zirkuitu laburrak eraginez, eta horrek bateriaren segurtasun-errendimenduari larriki eragiten dio.
Horrez gain, zaharkitutako baterien gainkargaren erresistentzia gutxituko da neurri batean, batez ere barne-erresistentzia handitu delako eta substantzia aktibo positibo eta negatiboen murrizketa dela eta, baterien gainkarga-prozesuan joule-beroa handituko da.Gehiegizko karga gutxiagorekin, alboko erreakzioak abiarazi daitezke, baterien ihes termikoa eraginez.Egonkortasun termikoari dagokionez, katodotik litioaren bilakaerak bateriaren egonkortasun termikoaren beherakada handia ekarriko du.
Hitz batean, zahartutako bateriaren segurtasun-errendimendua asko murriztuko da, eta horrek bateriaren segurtasuna larriki arriskuan jarriko du.Irtenbide ohikoena bateriaren energia biltegiratzeko sistema bateria kudeatzeko sistema (BMS) batekin hornitzea da.Esate baterako, Tesla Model S-en erabiltzen diren 8000 18650 bateriek bateriaren hainbat parametro fisikoren denbora errealeko jarraipena egin dezakete, bateriaren erabileraren egoera ebaluatu eta lineako diagnostikoa eta abisu goiztiarra egin dezakete bateriaren kudeaketa sistemaren bidez.Aldi berean, deskarga eta karga aurreko kontrola, bateriaren oreka kudeatzea eta kudeaketa termikoa ere egin ditzake.