Литий аккумуляторларының портативтілігі мен жылдам зарядталуының артықшылықтары бар, сондықтан қорғасын-қышқылды аккумуляторлар мен басқа қосалқы аккумуляторлар неге нарықта әлі де айналымда?
Құндылық және әртүрлі қолдану өрістері мәселелерінен басқа, қауіпсіздіктің тағы бір себебі.
Литий - әлемдегі ең белсенді металл.Оның химиялық сипаттамалары тым белсенді болғандықтан, литий металы ауаға әсер еткенде, ол оттегімен қатты тотығу реакциясына ие болады, сондықтан ол жарылыс, жану және басқа да құбылыстарға бейім.Сонымен қатар, зарядтау және зарядсыздандыру кезінде литий батареясының ішінде тотығу-тотықсыздану реакциясы болады.Жарылыс және өздігінен жану негізінен қыздырудан кейін литий батареясының жиналуынан, диффузиясынан және босатылуынан туындайды.Қысқасы, литий батареялары зарядтау және разрядтау процесінде көп жылу шығарады, бұл батареяның ішкі температурасының жоғарылауына және жеке батареялар арасындағы біркелкі емес температураға әкеледі, осылайша батареяның тұрақсыз өнімділігін тудырады.
Термалды литий-ионды аккумулятордың қауіпті әрекеттері (соның ішінде аккумулятордың шамадан тыс зарядталуы және разрядталуы, жылдам зарядтау және разряд, қысқа тұйықталу, механикалық теріс пайдалану жағдайлары, жоғары температуралық термиялық соққы және т.б.) батареяның ішінде қауіпті жанама реакцияларды тудыруы және жылу шығаруы мүмкін, теріс электрод пен оң электрод бетіндегі пассивті пленканы тікелей зақымдайды.
Литий-иондық аккумуляторлардың термиялық апатқа ұшырауының көптеген себептері бар.Іске қосу сипаттамалары бойынша оны механикалық теріс пайдалану триггерлері, электрлік теріс пайдалану триггерлері және термиялық теріс пайдалану триггерлері деп бөлуге болады.Механикалық теріс пайдалану: акупунктураға, экструзияға және көліктің соқтығысуы нәтижесінде ауыр заттың соғуына жатады;Электр қуатын теріс пайдалану: әдетте кернеуді дұрыс басқармау немесе қысқа тұйықталу, шамадан тыс зарядтау және разрядты қоса алғанда, электрлік құрамдас бөліктердің істен шығуынан туындаған;Жылуды теріс пайдалану: температураны дұрыс басқарудан туындаған қызып кетуден туындаған.
Бұл үш іске қосу әдісі өзара байланысты.Механикалық теріс пайдалану әдетте аккумулятордың диафрагмасының деформациясын немесе үзілуін тудырады, нәтижесінде батареяның оң және теріс полюстері мен қысқа тұйықталу арасында тікелей жанасу болады, нәтижесінде электр қуатын теріс пайдалану;Дегенмен, электр энергиясын теріс пайдалану жағдайында, Джоуль жылуы сияқты жылу өндіру артады, бұл батареяның температурасының жоғарылауына әкеледі, бұл жылуды теріс пайдаланумен дамып, батареяның ішіндегі тізбекті типтегі жылу генерациясының жанама реакциясын одан әрі іске қосады және ақырында пайда болуына әкеледі. батареяның жылуы қашып кетеді.
Батареяның жылулық қашуы аккумулятордың жылу шығару жылдамдығының жылуды бөлу жылдамдығынан әлдеқайда жоғары болуымен және жылудың көп мөлшерде жинақталуымен, бірақ уақытында таралмауынан туындайды.Негізінде, «жылулық қашу» энергияның кері байланыс циклінің оң процесі болып табылады: температураның жоғарылауы жүйенің қызып кетуіне әкеледі, ал жүйе қызғаннан кейін температура көтеріледі, бұл өз кезегінде жүйені қыздырады.
Термиялық қашу процесі: батареяның ішкі температурасы көтерілгенде, SEI қабықшасының бетіндегі SEI пленкасы жоғары температурада ыдырайды, графитке енгізілген литий ионы электролитпен және байланыстырғышпен әрекеттеседі, батарея температурасын одан әрі жоғарылатады. 150 ℃ дейін және осы температурада жаңа күшті экзотермиялық реакция пайда болады.Батареяның температурасы 200 ℃-тан жоғары болғанда, катодтық материал ыдырайды, көп мөлшерде жылу мен газды шығарады, ал аккумулятор үлкейе бастайды және үздіксіз қызады.Литий енгізілген анод 250-350 ℃ температурада электролитпен әрекеттесе бастады.Зарядталған катодты материал күшті ыдырау реакциясына түсе бастайды, ал электролит күшті тотығу реакциясына ұшырап, көп мөлшерде жылу бөледі, жоғары температура мен газдың көп мөлшерін тудырады, батареяның жануы мен жарылуын тудырады.
Артық зарядтау кезінде литий дендритінің жауын-шашын мәселесі: Литий кобалаты батареясы толығымен зарядталғаннан кейін оң электродта литий иондарының көп мөлшері қалады.Яғни, катод катодқа қосылған литий иондарын көп ұстай алмайды, бірақ артық зарядталған күйде катодтағы артық литий иондары бәрібір катодқа қарай жүзеді.Оларды толық қамту мүмкін болмағандықтан, катодта металл литий пайда болады.Бұл металл литий дендритті кристал болғандықтан, оны дендрит деп атайды.Егер дендрит тым ұзын болса, диафрагманы оңай тесіп, ішкі қысқа тұйықталуды тудырады.Электролиттің негізгі құрамдас бөлігі карбонат болғандықтан, оның тұтану және қайнау температурасы төмен, сондықтан ол жоғары температурада күйіп кетеді немесе тіпті жарылып кетеді.
Егер бұл полимерлі литий батареясы болса, электролит коллоидты болып табылады, ол күштірек жануға бейім.Бұл мәселені шешу үшін ғалымдар қауіпсіз катодты материалдарды ауыстыруға тырысады.Литий манганат батареясының материалы белгілі бір артықшылықтарға ие.Ол оң электродтың литий ионының литий кобалаты сияқты оң электродта белгілі бір қалдықтардың орнына, толық заряд күйінде теріс электродтың көміртегі тесігіне толығымен ендірілгенін қамтамасыз ете алады, бұл белгілі бір дәрежеде пайда болуын болдырмайды. дендриттер.Литий манганатының тұрақты құрылымы оның тотығу көрсеткіштерін литий кобалатынан әлдеқайда төмен етеді.Сыртқы қысқа тұйықталу болса да (ішкі тұйықталудан гөрі), ол негізінен литий металының жауын-шашынынан туындаған жану мен жарылысты болдырмайды.Литий темір фосфатының термиялық тұрақтылығы жоғары және электролиттің тотығу қабілеті төмен, сондықтан оның қауіпсіздігі жоғары.
Литий-иондық аккумулятордың қартаюы сыйымдылықтың әлсіреуімен және ішкі кедергісінің жоғарылауымен көрінеді, ал оның ішкі қартаюының әлсіреуі оң және теріс белсенді материалдардың жоғалуын және қол жетімді литий иондарының жоғалуын қамтиды.Катод материалы ескірген және ыдыраған кезде және катодтың сыйымдылығы жеткіліксіз болса, катодтан литийдің бөліну қаупі жоғарырақ болады.Артық разряд жағдайында катодтың литийге дейінгі потенциалы 3В-тан жоғары көтеріледі, бұл мыстың еру потенциалынан жоғары, мыс коллекторының еруін тудырады.Ерітілген мыс иондары катодтың бетінде тұнбаға түсіп, мыс дендриттерін түзеді.Мыс дендриттері диафрагма арқылы өтіп, ішкі қысқа тұйықталуды тудырады, бұл батареяның қауіпсіздік көрсеткіштеріне айтарлықтай әсер етеді.
Сонымен қатар, ескірген батареялардың шамадан тыс зарядтауға төзімділігі, негізінен, ішкі кедергінің жоғарылауы және оң және теріс белсенді заттардың азаюы есебінен белгілі бір дәрежеде төмендейді, нәтижесінде аккумуляторларды шамадан тыс зарядтау процесі кезінде джоуль қызуы артады.Аз шамадан тыс зарядтау кезінде жанама реакциялар туындауы мүмкін, бұл батареялардың термиялық қашуын тудыруы мүмкін.Термиялық тұрақтылық тұрғысынан литийдің катодтан бөлінуі батареяның термиялық тұрақтылығының күрт төмендеуіне әкеледі.
Бір сөзбен айтқанда, ескірген батареяның қауіпсіздік көрсеткіштері айтарлықтай төмендейді, бұл батареяның қауіпсіздігіне айтарлықтай қауіп төндіреді.Ең кең тараған шешім – аккумулятор энергиясын сақтау жүйесін батареяны басқару жүйесімен (BMS) жабдықтау.Мысалы, Tesla Model S жүйесінде қолданылатын 8000 18650 батареялары аккумулятордың әртүрлі физикалық параметрлерін нақты уақыт режимінде бақылауды жүзеге асыра алады, батареяны пайдалану күйін бағалай алады және батареяны басқару жүйесі арқылы онлайн диагностика мен ерте ескертуді жүргізе алады.Сонымен бірге ол зарядсыздану және алдын ала зарядтауды басқаруды, батарея балансын басқаруды және жылуды басқаруды орындай алады.
Жіберу уақыты: 02 желтоқсан 2022 ж