Bateri litium mempunyai kelebihan mudah alih dan pengecasan pantas, jadi mengapa bateri asid plumbum dan bateri sekunder lain masih beredar di pasaran?
Sebagai tambahan kepada masalah kos dan bidang aplikasi yang berbeza, sebab lain ialah keselamatan.
Litium adalah logam yang paling aktif di dunia.Kerana ciri kimianya terlalu aktif, apabila logam litium terdedah kepada udara, ia akan mempunyai tindak balas pengoksidaan yang sengit dengan oksigen, jadi ia terdedah kepada letupan, pembakaran dan fenomena lain.Selain itu, tindak balas redoks juga akan berlaku di dalam bateri litium semasa mengecas dan menyahcas.Letupan dan pembakaran spontan terutamanya disebabkan oleh pengumpulan, penyebaran dan pelepasan bateri litium selepas pemanasan.Ringkasnya, bateri litium akan menghasilkan banyak haba semasa proses pengecasan dan nyahcas, yang akan membawa kepada peningkatan suhu dalaman bateri dan suhu tidak sekata antara bateri individu, sekali gus menyebabkan prestasi bateri tidak stabil.
Tingkah laku tidak selamat bateri litium-ion lari haba (termasuk cas berlebihan dan nyahcas bateri, cas dan nyahcas pantas, litar pintas, keadaan penyalahgunaan mekanikal, kejutan haba suhu tinggi, dsb.) berkemungkinan mencetuskan tindak balas sampingan berbahaya di dalam bateri dan menjana haba, secara langsung merosakkan filem pasif pada elektrod negatif dan permukaan elektrod positif.
Terdapat banyak sebab untuk mencetuskan kemalangan lari haba bateri ion litium.Mengikut ciri-ciri pencetus, ia boleh dibahagikan kepada pencetus penyalahgunaan mekanikal, pencetus penyalahgunaan elektrik dan pencetus penyalahgunaan haba.Penyalahgunaan mekanikal: merujuk kepada akupunktur, penyemperitan dan kesan objek berat yang disebabkan oleh perlanggaran kenderaan;Penyalahgunaan elektrik: secara amnya disebabkan oleh pengurusan voltan yang tidak betul atau kegagalan komponen elektrik, termasuk litar pintas, caj berlebihan dan pelepasan berlebihan;Penyalahgunaan haba: disebabkan oleh terlalu panas yang disebabkan oleh pengurusan suhu yang tidak betul.
Ketiga-tiga kaedah pencetus ini saling berkaitan.Penyalahgunaan mekanikal secara amnya akan menyebabkan ubah bentuk atau pecah diafragma bateri, mengakibatkan sentuhan langsung antara kutub positif dan negatif bateri dan litar pintas, mengakibatkan penyalahgunaan elektrik;Walau bagaimanapun, di bawah keadaan penyalahgunaan elektrik, penjanaan haba seperti haba Joule meningkat, menyebabkan suhu bateri meningkat, yang berkembang menjadi penyalahgunaan haba, seterusnya mencetuskan tindak balas sampingan penjanaan haba jenis rantai di dalam bateri, dan akhirnya membawa kepada kejadian. haba bateri lari.
Larian haba bateri disebabkan oleh fakta bahawa kadar penjanaan haba bateri jauh lebih tinggi daripada kadar pelesapan haba, dan haba terkumpul dalam jumlah yang besar tetapi tidak hilang dalam masa.Pada dasarnya, "larian haba" ialah proses kitaran maklum balas tenaga positif: suhu yang meningkat akan menyebabkan sistem menjadi panas, dan suhu akan meningkat selepas sistem menjadi panas, yang seterusnya akan menjadikan sistem menjadi lebih panas.
Proses pelarian haba: apabila suhu dalaman bateri meningkat, filem SEI pada permukaan filem SEI terurai di bawah suhu tinggi, ion litium yang tertanam dalam grafit akan bertindak balas dengan elektrolit dan pengikat, seterusnya menolak suhu bateri ke atas. hingga 150 ℃, dan tindak balas eksotermik baru yang ganas akan berlaku pada suhu ini.Apabila suhu bateri mencapai melebihi 200 ℃, bahan katod terurai, membebaskan sejumlah besar haba dan gas, dan bateri mula membonjol dan terus memanas.Anod tertanam litium mula bertindak balas dengan elektrolit pada 250-350 ℃.Bahan katod yang dicas mula mengalami tindak balas penguraian yang ganas, dan elektrolit mengalami tindak balas pengoksidaan yang ganas, melepaskan sejumlah besar haba, menjana suhu tinggi dan sejumlah besar gas, menyebabkan pembakaran dan letupan bateri.
Masalah pemendakan litium dendrit semasa cas berlebihan: Selepas bateri litium kobalt dicas sepenuhnya, sejumlah besar ion litium kekal dalam elektrod positif.Maksudnya, katod tidak boleh memegang lebih banyak ion litium yang dilekatkan pada katod, tetapi dalam keadaan terlalu cas, lebihan ion litium pada katod masih akan berenang ke katod.Kerana mereka tidak boleh terkandung sepenuhnya, litium logam akan terbentuk pada katod.Oleh kerana litium logam ini adalah kristal dendritik, ia dipanggil dendrit.Jika dendrit terlalu panjang, ia mudah untuk menembusi diafragma, menyebabkan litar pintas dalaman.Oleh kerana komponen utama elektrolit ialah karbonat, takat penyalaan dan takat didihnya rendah, jadi ia akan terbakar atau meletup pada suhu tinggi.
Jika ia adalah bateri litium polimer, elektrolit adalah koloid, yang terdedah kepada pembakaran yang lebih ganas.Untuk menyelesaikan masalah ini, saintis cuba menggantikan bahan katod yang lebih selamat.Bahan bateri litium manganat mempunyai kelebihan tertentu.Ia boleh memastikan bahawa ion litium elektrod positif boleh tertanam sepenuhnya ke dalam lubang karbon elektrod negatif di bawah keadaan cas penuh, dan bukannya mempunyai sisa tertentu dalam elektrod positif seperti litium kobalt, yang sedikit sebanyak mengelakkan penjanaan dendrit.Struktur litium manganat yang stabil menjadikan prestasi pengoksidaannya jauh lebih rendah daripada litium kobalt.Walaupun terdapat litar pintas luaran (bukan litar pintas dalaman), ia pada asasnya boleh mengelakkan pembakaran dan letupan yang disebabkan oleh pemendakan logam litium.Litium besi fosfat mempunyai kestabilan haba yang lebih tinggi dan kapasiti pengoksidaan elektrolit yang lebih rendah, jadi ia mempunyai keselamatan yang tinggi.
Pengecilan penuaan bateri ion litium ditunjukkan oleh pengecilan kapasiti dan peningkatan rintangan dalaman, dan mekanisme pengecilan penuaan dalamannya termasuk kehilangan bahan aktif positif dan negatif serta kehilangan ion litium yang tersedia.Apabila bahan katod sudah tua dan reput, dan kapasiti katod tidak mencukupi, risiko evolusi litium daripada katod lebih berkemungkinan berlaku.Di bawah keadaan lebihan nyahcas, potensi katod kepada litium akan meningkat melebihi 3V, yang lebih tinggi daripada potensi pembubaran kuprum, menyebabkan pembubaran pengumpul kuprum.Ion kuprum terlarut akan memendakan pada permukaan katod dan membentuk dendrit kuprum.Dendrit kuprum akan melalui diafragma, menyebabkan litar pintas dalaman, yang secara serius menjejaskan prestasi keselamatan bateri.
Di samping itu, rintangan cas berlebihan bateri penuaan akan berkurangan pada tahap tertentu, terutamanya disebabkan oleh peningkatan rintangan dalaman dan penurunan bahan aktif positif dan negatif, mengakibatkan peningkatan haba joule semasa proses pengecasan berlebihan bateri.Di bawah kurang pengecasan berlebihan, tindak balas sampingan mungkin dicetuskan, menyebabkan bateri lari terma.Dari segi kestabilan haba, evolusi litium daripada katod akan membawa kepada penurunan mendadak dalam kestabilan haba bateri.
Secara ringkasnya, prestasi keselamatan bateri yang sudah tua akan sangat berkurangan, yang akan membahayakan keselamatan bateri secara serius.Penyelesaian yang paling biasa adalah untuk melengkapkan sistem penyimpanan tenaga bateri dengan sistem pengurusan bateri (BMS).Sebagai contoh, bateri 8000 18650 yang digunakan dalam Tesla Model S boleh merealisasikan pemantauan masa nyata pelbagai parameter fizikal bateri, menilai status penggunaan bateri, dan menjalankan diagnosis dalam talian dan amaran awal melalui sistem pengurusan baterinya.Pada masa yang sama, ia juga boleh melakukan kawalan nyahcas dan pra cas, pengurusan baki bateri dan pengurusan terma.
Masa siaran: Dis-02-2022