लिथियम बैटरी की सुरक्षा

लिथियम बैटरी में पोर्टेबिलिटी और फास्ट चार्जिंग के फायदे हैं, इसलिए लेड-एसिड बैटरी और अन्य सेकेंडरी बैटरी अभी भी बाजार में क्यों घूम रही हैं?
लागत और विभिन्न अनुप्रयोग क्षेत्रों की समस्याओं के अलावा, एक और कारण सुरक्षा है।
लिथियम दुनिया की सबसे सक्रिय धातु है।क्योंकि इसकी रासायनिक विशेषताएँ बहुत सक्रिय हैं, जब लिथियम धातु हवा के संपर्क में आती है, तो इसकी ऑक्सीजन के साथ एक भयंकर ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया होगी, इसलिए यह विस्फोट, दहन और अन्य घटनाओं से ग्रस्त है।इसके अलावा, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान लिथियम बैटरी के अंदर रेडॉक्स प्रतिक्रिया भी होगी।विस्फोट और सहज दहन मुख्य रूप से लिथियम बैटरी के गर्म होने के बाद संचय, प्रसार और रिलीज के कारण होता है।संक्षेप में, लिथियम बैटरी चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न करेगी, जिससे बैटरी के आंतरिक तापमान और अलग-अलग बैटरी के बीच असमान तापमान में वृद्धि होगी, जिससे बैटरी का अस्थिर प्रदर्शन होगा।
थर्मल रनवे लिथियम-आयन बैटरी के असुरक्षित व्यवहार (बैटरी ओवरचार्ज और ओवरडिस्चार्ज, रैपिड चार्ज और डिस्चार्ज, शॉर्ट सर्किट, यांत्रिक दुरुपयोग की स्थिति, उच्च तापमान थर्मल शॉक, आदि सहित) बैटरी के अंदर खतरनाक पक्ष प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करने और गर्मी उत्पन्न करने की संभावना है, नकारात्मक इलेक्ट्रोड और सकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर निष्क्रिय फिल्म को सीधे नुकसान पहुंचाना।
लिथियम आयन बैटरी के थर्मल भगोड़ा दुर्घटनाओं को ट्रिगर करने के कई कारण हैं।ट्रिगरिंग की विशेषताओं के अनुसार, इसे यांत्रिक दुरुपयोग ट्रिगरिंग, विद्युत दुरुपयोग ट्रिगरिंग और थर्मल दुरुपयोग ट्रिगरिंग में विभाजित किया जा सकता है।यांत्रिक दुरुपयोग: वाहन टक्कर के कारण एक्यूपंक्चर, एक्सट्रूज़न और भारी वस्तु प्रभाव को संदर्भित करता है;बिजली का दुरुपयोग: आमतौर पर अनुचित वोल्टेज प्रबंधन या विद्युत घटक विफलता के कारण होता है, जिसमें शॉर्ट सर्किट, ओवरचार्ज और ओवरडिस्चार्ज शामिल हैं;हीट एब्यूज: अनुचित तापमान प्रबंधन के कारण ओवरहीटिंग के कारण होता है।

ट्रिगर करने के ये तीन तरीके आपस में जुड़े हुए हैं।यांत्रिक दुरुपयोग आम तौर पर बैटरी डायाफ्राम के विरूपण या टूटने का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप बैटरी और शॉर्ट सर्किट के सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवों के बीच सीधा संपर्क होता है, जिसके परिणामस्वरूप बिजली का दुरुपयोग होता है;हालांकि, बिजली के दुरुपयोग की स्थिति में, जूल गर्मी जैसे ताप उत्पादन में वृद्धि होती है, जिससे बैटरी का तापमान बढ़ जाता है, जो गर्मी के दुरुपयोग में विकसित होता है, आगे चलकर बैटरी के अंदर चेन टाइप हीट जनरेशन साइड रिएक्शन को ट्रिगर करता है, और अंत में घटना की ओर जाता है। बैटरी की गर्मी भगोड़ा।
बैटरी थर्मल भगोड़ा इस तथ्य के कारण होता है कि बैटरी की गर्मी उत्पादन दर गर्मी लंपटता दर की तुलना में बहुत अधिक है, और गर्मी बड़ी मात्रा में जमा होती है लेकिन समय पर नष्ट नहीं होती है।संक्षेप में, "थर्मल रनवे" एक सकारात्मक ऊर्जा प्रतिक्रिया चक्र प्रक्रिया है: बढ़ते तापमान के कारण सिस्टम गर्म हो जाएगा, और सिस्टम के गर्म होने के बाद तापमान बढ़ जाएगा, जिससे सिस्टम गर्म हो जाएगा।
थर्मल रनवे की प्रक्रिया: जब बैटरी का आंतरिक तापमान बढ़ जाता है, तो SEI फिल्म की सतह पर SEI फिल्म उच्च तापमान के तहत विघटित हो जाती है, ग्रेफाइट में एम्बेडेड लिथियम आयन इलेक्ट्रोलाइट और बाइंडर के साथ प्रतिक्रिया करेगा, जिससे बैटरी का तापमान और बढ़ जाएगा 150 ℃ तक, और इस तापमान पर एक नई हिंसक एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया होगी।जब बैटरी का तापमान 200 ℃ से ऊपर पहुँच जाता है, तो कैथोड सामग्री विघटित हो जाती है, जिससे बड़ी मात्रा में गर्मी और गैस निकलती है, और बैटरी फूलने लगती है और लगातार गर्म होती है।लिथियम एम्बेडेड एनोड 250-350 ℃ पर इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करना शुरू कर दिया।आवेशित कैथोड सामग्री हिंसक अपघटन प्रतिक्रिया से गुजरना शुरू कर देती है, और इलेक्ट्रोलाइट हिंसक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया से गुजरता है, बड़ी मात्रा में गर्मी जारी करता है, उच्च तापमान और बड़ी मात्रा में गैस पैदा करता है, जिससे बैटरी का दहन और विस्फोट होता है।
ओवरचार्ज के दौरान लिथियम डेन्ड्राइट वर्षा की समस्या: लिथियम कोबालेट बैटरी के पूरी तरह चार्ज होने के बाद, बड़ी मात्रा में लिथियम आयन सकारात्मक इलेक्ट्रोड में रहते हैं।कहने का तात्पर्य यह है कि कैथोड कैथोड से जुड़े अधिक लिथियम आयनों को धारण नहीं कर सकता है, लेकिन अत्यधिक आवेशित अवस्था में, कैथोड पर अतिरिक्त लिथियम आयन अभी भी कैथोड में तैरेंगे।क्योंकि वे पूरी तरह से निहित नहीं हो सकते हैं, धातु लिथियम कैथोड पर बनेगी।चूंकि यह धातु लिथियम एक डेंड्राइटिक क्रिस्टल है, इसलिए इसे डेन्ड्राइट कहा जाता है।यदि डेन्ड्राइट बहुत लंबा है, तो डायाफ्राम को छेदना आसान होता है, जिससे आंतरिक शॉर्ट सर्किट होता है।चूंकि इलेक्ट्रोलाइट का मुख्य घटक कार्बोनेट है, इसका ज्वलन बिंदु और क्वथनांक कम होता है, इसलिए यह उच्च तापमान पर जल जाएगा या फट भी जाएगा।

यदि यह एक बहुलक लिथियम बैटरी है, तो इलेक्ट्रोलाइट कोलाइडयन होता है, जो अधिक हिंसक दहन के लिए प्रवण होता है।इस समस्या को हल करने के लिए, वैज्ञानिक सुरक्षित कैथोड सामग्री को बदलने का प्रयास करते हैं।लिथियम मैंगनेट बैटरी की सामग्री के कुछ फायदे हैं।यह सुनिश्चित कर सकता है कि लिथियम कोबालेट जैसे सकारात्मक इलेक्ट्रोड में कुछ अवशेष होने के बजाय, सकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिथियम आयन को पूर्ण चार्ज राज्य के तहत नकारात्मक इलेक्ट्रोड के कार्बन छेद में पूरी तरह से एम्बेड किया जा सकता है, जो कुछ हद तक पीढ़ी से बचाता है dendrites।लिथियम मैंगनेट की स्थिर संरचना इसके ऑक्सीकरण प्रदर्शन को लिथियम कोबालेट की तुलना में बहुत कम बनाती है।भले ही कोई बाहरी शॉर्ट सर्किट (आंतरिक शॉर्ट सर्किट के बजाय) हो, यह मूल रूप से लिथियम धातु वर्षा के कारण होने वाले दहन और विस्फोट से बच सकता है।लिथियम आयरन फॉस्फेट में उच्च तापीय स्थिरता और इलेक्ट्रोलाइट की कम ऑक्सीकरण क्षमता होती है, इसलिए इसकी उच्च सुरक्षा होती है।
लिथियम आयन बैटरी की उम्र बढ़ने का क्षीणन क्षमता क्षीणन और आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि से प्रकट होता है, और इसकी आंतरिक उम्र बढ़ने क्षीणन तंत्र में सकारात्मक और नकारात्मक सक्रिय सामग्रियों का नुकसान और उपलब्ध लिथियम आयनों का नुकसान शामिल है।जब कैथोड सामग्री वृद्ध और क्षय हो जाती है, और कैथोड की क्षमता अपर्याप्त होती है, तो कैथोड से लिथियम के विकास का जोखिम अधिक होने की संभावना होती है।ओवर डिस्चार्ज की स्थिति में, कैथोड से लिथियम की क्षमता 3V से ऊपर हो जाएगी, जो तांबे की विघटन क्षमता से अधिक है, जिससे कॉपर कलेक्टर का विघटन होता है।घुले हुए कॉपर आयन कैथोड की सतह पर अवक्षेपित होकर कॉपर डेन्ड्राइट का निर्माण करेंगे।कॉपर डेन्ड्राइट डायाफ्राम से गुजरेगा, जिससे आंतरिक शॉर्ट सर्किट होगा, जो बैटरी के सुरक्षा प्रदर्शन को गंभीर रूप से प्रभावित करता है।
इसके अलावा, उम्र बढ़ने वाली बैटरी का ओवरचार्ज प्रतिरोध कुछ हद तक कम हो जाएगा, मुख्य रूप से आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि और सकारात्मक और नकारात्मक सक्रिय पदार्थों की कमी के कारण, बैटरी की ओवरचार्जिंग प्रक्रिया के दौरान जौल गर्मी में वृद्धि हुई है।कम ओवरचार्जिंग के तहत, साइड रिएक्शन शुरू हो सकते हैं, जिससे बैटरी का थर्मल पलायन हो सकता है।थर्मल स्थिरता के संदर्भ में, कैथोड से लिथियम के विकास से बैटरी की थर्मल स्थिरता में तेज गिरावट आएगी।
एक शब्द में, पुरानी बैटरी का सुरक्षा प्रदर्शन बहुत कम हो जाएगा, जो बैटरी की सुरक्षा को गंभीर रूप से खतरे में डाल देगा।सबसे आम समाधान बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली को बैटरी प्रबंधन प्रणाली (बीएमएस) से लैस करना है।उदाहरण के लिए, टेस्ला मॉडल एस में उपयोग की जाने वाली 8000 18650 बैटरी बैटरी के विभिन्न भौतिक मापदंडों की वास्तविक समय की निगरानी का एहसास कर सकती है, बैटरी उपयोग की स्थिति का मूल्यांकन कर सकती है और इसकी बैटरी प्रबंधन प्रणाली के माध्यम से ऑनलाइन निदान और प्रारंभिक चेतावनी का संचालन कर सकती है।साथ ही, यह डिस्चार्ज और प्री चार्ज कंट्रोल, बैटरी बैलेंस मैनेजमेंट और थर्मल मैनेजमेंट भी कर सकता है।