लिथियम ब्याट्रीको सुरक्षा

लिथियम ब्याट्रीहरूमा पोर्टेबिलिटी र छिटो चार्ज गर्ने फाइदाहरू छन्, त्यसोभए किन लीड-एसिड ब्याट्रीहरू र अन्य माध्यमिक ब्याट्रीहरू अझै पनि बजारमा घुमिरहेका छन्?
लागत र विभिन्न अनुप्रयोग क्षेत्रहरूको समस्याहरूको अतिरिक्त, अर्को कारण सुरक्षा हो।
लिथियम संसारमा सबैभन्दा सक्रिय धातु हो।किनभने यसको रासायनिक विशेषताहरू धेरै सक्रिय छन्, जब लिथियम धातु हावामा पर्दा, यसमा अक्सिजनको साथ एक भयंकर अक्सीकरण प्रतिक्रिया हुन्छ, त्यसैले यो विस्फोट, दहन र अन्य घटनाहरूको लागि खतरा हुन्छ।साथै, चार्जिङ र डिस्चार्ज गर्दा लिथियम ब्याट्री भित्र रेडक्स प्रतिक्रिया पनि देखा पर्नेछ।विस्फोट र सहज दहन मुख्यतया ताप पछि लिथियम ब्याट्री को संचय, प्रसार र रिलीज को कारण हो।छोटकरीमा, लिथियम ब्याट्रीहरूले चार्ज गर्ने र डिस्चार्ज गर्ने प्रक्रियाको क्रममा धेरै तातो उत्पन्न गर्नेछ, जसले ब्याट्रीको आन्तरिक तापक्रम र व्यक्तिगत ब्याट्रीहरू बीचको असमान तापक्रमको वृद्धि निम्त्याउनेछ, जसले गर्दा ब्याट्रीको अस्थिर प्रदर्शन हुन्छ।
थर्मल रनअवे लिथियम-आयन ब्याट्रीको असुरक्षित व्यवहार (ब्याट्री ओभरचार्ज र ओभर डिस्चार्ज, द्रुत चार्ज र डिस्चार्ज, सर्ट सर्किट, मेकानिकल दुरुपयोग अवस्था, उच्च तापमान थर्मल झटका, आदि सहित) ब्याट्री भित्र खतरनाक साइड प्रतिक्रिया ट्रिगर गर्न र गर्मी उत्पन्न गर्न सम्भव छ, नकारात्मक इलेक्ट्रोड र सकारात्मक इलेक्ट्रोड सतहमा निष्क्रिय फिलिमलाई प्रत्यक्ष क्षति पुर्‍याउँछ।
लिथियम आयन ब्याट्रीहरूको थर्मल रनवे दुर्घटनाहरू ट्रिगर गर्न धेरै कारणहरू छन्।ट्रिगर गर्ने विशेषताहरू अनुसार, यसलाई मेकानिकल दुरुपयोग ट्रिगर, विद्युतीय दुरुपयोग ट्रिगर र थर्मल दुरुपयोग ट्रिगरमा विभाजन गर्न सकिन्छ।मेकानिकल दुरुपयोग: एक्यूपंक्चर, एक्स्ट्रुजन र सवारी साधनको टक्करबाट हुने भारी वस्तुको प्रभावलाई जनाउँछ;विद्युतीय दुरुपयोग: सामान्यतया अनुचित भोल्टेज व्यवस्थापन वा विद्युतीय कम्पोनेन्ट विफलता, सर्ट सर्किट, ओभरचार्ज र ओभरडिस्चार्ज सहित;गर्मीको दुरुपयोग: अनुचित तापमान व्यवस्थापनको कारणले गर्दा अत्यधिक तापको कारण।

यी तीन ट्रिगर विधिहरू अन्तरसम्बन्धित छन्।मेकानिकल दुरुपयोगले सामान्यतया ब्याट्रीको डायाफ्रामको विकृति वा फुट्ने कारण बनाउँछ, जसले ब्याट्रीको सकारात्मक र नकारात्मक ध्रुवहरू र सर्ट सर्किटहरू बीचको सीधा सम्पर्कको कारणले गर्दा विद्युतीय दुरुपयोग हुन्छ;यद्यपि, बिजुलीको दुरुपयोगको अवस्था अन्तर्गत, तातो उत्पादन जस्तै जुल तातो बढ्छ, जसले ब्याट्रीको तापक्रम बढ्छ, जुन तातो दुरुपयोगमा विकसित हुन्छ, ब्याट्री भित्रको चेन प्रकारको ताप उत्पादन साइड प्रतिक्रियालाई ट्रिगर गर्दछ, र अन्तमा घटना निम्त्याउँछ। ब्याट्री गर्मी भागेको।
ब्याट्री थर्मल रनअवे यस तथ्यको कारणले गर्दा हुन्छ कि ब्याट्रीको तातो उत्पादन दर तातो खपत दर भन्दा धेरै उच्च छ, र गर्मी ठूलो मात्रामा जम्मा हुन्छ तर समय मा फैलिएको छैन।संक्षेपमा, "थर्मल रनअवे" एक सकारात्मक ऊर्जा प्रतिक्रिया चक्र प्रक्रिया हो: बढ्दो तापक्रमले प्रणालीलाई तातो बनाउँछ, र प्रणाली तातो भएपछि तापक्रम बढ्छ, जसले गर्दा प्रणाली तातो हुनेछ।
थर्मल रनअवेको प्रक्रिया: जब ब्याट्रीको आन्तरिक तापक्रम बढ्छ, SEI फिल्मको सतहमा रहेको SEI फिल्म उच्च तापक्रममा सड्छ, ग्रेफाइटमा एम्बेडेड लिथियम आयनले इलेक्ट्रोलाइट र बाइन्डरसँग प्रतिक्रिया गर्दछ, ब्याट्रीको तापक्रमलाई थप धकेल्छ। 150 ℃ मा, र यो तापमान मा एक नयाँ हिंसात्मक exothermic प्रतिक्रिया देखा पर्नेछ।जब ब्याट्रीको तापक्रम २०० डिग्री सेल्सियसभन्दा माथि पुग्छ, क्याथोड सामग्री सड्छ, ठूलो मात्रामा तातो र ग्यास छोड्छ, र ब्याट्री बल्ज गर्न थाल्छ र लगातार तातिन्छ।लिथियम एम्बेडेड एनोडले 250-350 ℃ मा इलेक्ट्रोलाइटसँग प्रतिक्रिया गर्न थाल्यो।चार्ज गरिएको क्याथोड सामग्रीले हिंसक विघटन प्रतिक्रियाबाट गुज्रन थाल्छ, र इलेक्ट्रोलाइटले हिंसक अक्सीकरण प्रतिक्रियाबाट गुज्र्छ, ठूलो मात्रामा तातो छोड्छ, उच्च तापक्रम र ठूलो मात्रामा ग्यास उत्पन्न गर्दछ, जसले ब्याट्रीको दहन र विस्फोट गराउँछ।
ओभरचार्ज गर्दा लिथियम डेन्ड्राइट वर्षाको समस्या: लिथियम कोबालेट ब्याट्री पूर्ण रूपमा चार्ज भएपछि, लिथियम आयनहरूको ठूलो मात्रा सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा रहन्छ।अर्थात्, क्याथोडले क्याथोडसँग जोडिएको अधिक लिथियम आयनहरू समात्न सक्दैन, तर अधिक चार्ज गरिएको अवस्थामा, क्याथोडमा रहेको अतिरिक्त लिथियम आयनहरू अझै पनि क्याथोडमा तैरनेछन्।किनभने तिनीहरू पूर्ण रूपमा समावेश गर्न सकिँदैन, धातु लिथियम क्याथोडमा बन्नेछ।यो धातु लिथियम एक डेन्ड्रिटिक क्रिस्टल भएकोले, यसलाई डेन्ड्राइट भनिन्छ।यदि डेन्ड्राइट धेरै लामो छ भने, यो भित्री सर्ट सर्किटको कारण, डायाफ्राम छेड्न सजिलो छ।इलेक्ट्रोलाइटको मुख्य कम्पोनेन्ट कार्बोनेट हुनाले यसको इग्निशन पोइन्ट र उम्लने बिन्दु कम छ, त्यसैले यो उच्च तापक्रममा जल्छ वा विस्फोट हुन्छ।

यदि यो पोलिमर लिथियम ब्याट्री हो भने, इलेक्ट्रोलाइट कोलोइडल हुन्छ, जुन बढी हिंसक दहनको खतरा हुन्छ।यस समस्याको समाधान गर्न, वैज्ञानिकहरूले सुरक्षित क्याथोड सामग्रीहरू प्रतिस्थापन गर्ने प्रयास गर्छन्।लिथियम manganate ब्याट्री को सामाग्री केहि लाभ छ।यसले लिथियम कोबालेट जस्ता सकारात्मक इलेक्ट्रोडमा केही अवशेषहरू हुनुको सट्टा, सकारात्मक इलेक्ट्रोडको लिथियम आयन पूर्ण चार्ज अवस्था अन्तर्गत नकारात्मक इलेक्ट्रोडको कार्बन प्वालमा पूर्ण रूपमा इम्बेड गर्न सकिन्छ भन्ने कुरा सुनिश्चित गर्न सक्छ, जसले केही हदसम्म उत्पादनबाट बच्न सक्छ। डेन्ड्राइट्स।लिथियम म्यांगनेटको स्थिर संरचनाले यसको ओक्सीकरण प्रदर्शन लिथियम कोबालेटको भन्दा धेरै कम बनाउँछ।बाहिरी सर्ट सर्किट भए पनि (आन्तरिक सर्ट सर्किटको सट्टा), यसले मूलतः लिथियम धातुको वर्षाको कारणले हुने दहन र विस्फोटबाट बच्न सक्छ।लिथियम आइरन फास्फेटमा उच्च थर्मल स्थिरता र इलेक्ट्रोलाइटको कम ओक्सीकरण क्षमता छ, त्यसैले यसको उच्च सुरक्षा छ।
लिथियम आयन ब्याट्रीको बुढ्यौली क्षीणता क्षमता क्षीणन र आन्तरिक प्रतिरोध वृद्धि द्वारा प्रकट हुन्छ, र यसको आन्तरिक बुढ्यौली क्षीणन संयन्त्रले सकारात्मक र नकारात्मक सक्रिय सामग्रीको हानि र उपलब्ध लिथियम आयनहरूको हानि समावेश गर्दछ।जब क्याथोड सामग्री पुरानो र क्षय हुन्छ, र क्याथोडको क्षमता अपर्याप्त हुन्छ, क्याथोडबाट लिथियम विकासको जोखिम बढी हुन्छ।ओभर डिस्चार्जको अवस्थामा, क्याथोडदेखि लिथियमको क्षमता 3V माथि बढ्छ, जुन तामाको विघटन क्षमता भन्दा बढी हुन्छ, जसले तामा कलेक्टरको विघटन निम्त्याउँछ।घुलनशील तामा आयनहरूले क्याथोड सतहमा अवक्षेपण गर्नेछ र तामा डेन्ड्राइटहरू बनाउँछ।कपर डेन्ड्राइटहरू डायाफ्रामबाट जान्छ, आन्तरिक सर्ट सर्किटको कारणले, जसले ब्याट्रीको सुरक्षा प्रदर्शनलाई गम्भीर रूपमा असर गर्छ।
थप रूपमा, बुढ्यौली ब्याट्रीहरूको ओभरचार्ज प्रतिरोध निश्चित हदसम्म घट्नेछ, मुख्यतया आन्तरिक प्रतिरोधको बृद्धि र सकारात्मक र नकारात्मक सक्रिय पदार्थहरूको कमीको कारणले गर्दा ब्याट्रीहरूको ओभरचार्जिंग प्रक्रियामा जूल तातो बढ्छ।कम ओभरचार्जिङ अन्तर्गत, साइड प्रतिक्रियाहरू ट्रिगर हुन सक्छ, ब्याट्रीहरूको थर्मल भाग्ने कारण।थर्मल स्थिरताको सन्दर्भमा, क्याथोडबाट लिथियम विकासले ब्याट्रीको थर्मल स्थिरतामा तीव्र गिरावट ल्याउनेछ।
एक शब्दमा, पुरानो ब्याट्रीको सुरक्षा प्रदर्शन धेरै कम हुनेछ, जसले ब्याट्रीको सुरक्षालाई गम्भीर रूपमा खतरामा पार्नेछ।सबैभन्दा सामान्य समाधान ब्याट्री व्यवस्थापन प्रणाली (BMS) संग ब्याट्री ऊर्जा भण्डारण प्रणाली सुसज्जित छ।उदाहरणका लागि, Tesla Model S मा प्रयोग गरिएका 8000 18650 ब्याट्रीहरूले ब्याट्रीको विभिन्न भौतिक मापदण्डहरूको वास्तविक-समय अनुगमन गर्न, ब्याट्री प्रयोग स्थितिको मूल्याङ्कन गर्न, र यसको ब्याट्री व्यवस्थापन प्रणाली मार्फत अनलाइन निदान र प्रारम्भिक चेतावनी सञ्चालन गर्न सक्छ।एकै समयमा, यसले डिस्चार्ज र पूर्व चार्ज नियन्त्रण, ब्याट्री ब्यालेन्स व्यवस्थापन र थर्मल व्यवस्थापन पनि गर्न सक्छ।