Litiumbatterier har fordelene med bærbarhet og hurtiglading, så hvorfor sirkulerer fortsatt blybatterier og andre sekundære batterier på markedet?
I tillegg til problemene med kostnader og ulike bruksområder, er en annen grunn sikkerhet.
Litium er det mest aktive metallet i verden.Fordi dets kjemiske egenskaper er for aktive, når litiummetall utsettes for luft, vil det ha en voldsom oksidasjonsreaksjon med oksygen, så det er utsatt for eksplosjon, forbrenning og andre fenomener.I tillegg vil det også oppstå redoksreaksjon inne i litiumbatteriet under lading og utlading.Eksplosjon og spontan forbrenning er hovedsakelig forårsaket av akkumulering, diffusjon og frigjøring av litiumbatteri etter oppvarming.Kort sagt, litiumbatterier vil generere mye varme under lade- og utladingsprosessen, noe som vil føre til økning av den interne temperaturen til batteriet og ujevn temperatur mellom individuelle batterier, og dermed forårsake den ustabile ytelsen til batteriet.
Usikker oppførsel av termisk løpende litiumion-batteri (inkludert batterioverlading og overutlading, rask lading og utlading, kortslutning, mekaniske misbruksforhold, termisk sjokk ved høye temperaturer, etc.) vil sannsynligvis utløse farlige sidereaksjoner inne i batteriet og generere varme, direkte skade på den passive filmen på den negative elektroden og den positive elektrodeoverflaten.
Det er mange grunner til å utløse termiske løpsulykker med litiumion-batterier.I henhold til egenskapene til utløsing kan den deles inn i mekanisk misbruksutløsning, elektrisk misbruksutløsning og termisk misbruksutløsning.Mekanisk misbruk: refererer til akupunktur, ekstrudering og tung gjenstandspåvirkning forårsaket av kjøretøykollisjon;Elektrisk misbruk: vanligvis forårsaket av feil spenningsstyring eller feil på elektriske komponenter, inkludert kortslutning, overlading og overutladning;Varmemisbruk: forårsaket av overoppheting forårsaket av feil temperaturstyring.
Disse tre utløsende metodene henger sammen.Mekanisk misbruk vil vanligvis forårsake deformasjon eller brudd på batterimembranen, noe som resulterer i direkte kontakt mellom de positive og negative polene på batteriet og kortslutning, noe som resulterer i elektrisk misbruk;Imidlertid, under forhold med elektrisitetsmisbruk, øker varmegenereringen som Joule-varme, noe som får batteritemperaturen til å stige, noe som utvikler seg til varmemisbruk, ytterligere utløser sidereaksjonen av kjedetypen varmegenerering inne i batteriet, og til slutt fører til forekomsten av batterivarme løpende.
Batteriets termiske runaway er forårsaket av det faktum at varmegenereringshastigheten til batteriet er mye høyere enn varmespredningshastigheten, og varmen akkumuleres i store mengder, men ikke spres i tide.I hovedsak er "termisk runaway" en positiv energitilbakemeldingssyklusprosess: den stigende temperaturen vil føre til at systemet blir varmt, og temperaturen vil stige etter at systemet blir varmt, noe som igjen vil gjøre systemet varmere.
Prosessen med termisk løping: når batteriets indre temperatur stiger, brytes SEI-filmen på overflaten av SEI-filmen ned under høy temperatur, litiumionet innebygd i grafitten vil reagere med elektrolytten og bindemidlet, og presse batteritemperaturen ytterligere opp til 150 ℃, og en ny voldsom eksoterm reaksjon vil oppstå ved denne temperaturen.Når batteritemperaturen når over 200 ℃, brytes katodematerialet ned, og frigjør en stor mengde varme og gass, og batteriet begynner å bule og varmes opp kontinuerlig.Den innebygde litiumanoden begynte å reagere med elektrolytten ved 250-350 ℃.Det ladede katodematerialet begynner å gjennomgå en voldsom nedbrytningsreaksjon, og elektrolytten gjennomgår en voldsom oksidasjonsreaksjon, frigjør en stor mengde varme, genererer høy temperatur og en stor mengde gass, noe som forårsaker forbrenning og eksplosjon av batteriet.
Problemet med utfelling av litiumdendritt under overlading: Etter at litiumkobalatbatteriet er fulladet, forblir en stor mengde litiumioner i den positive elektroden.Det vil si at katoden ikke kan holde flere litiumioner festet til katoden, men i overladet tilstand vil overskuddet av litiumioner på katoden fortsatt svømme til katoden.Fordi de ikke kan holdes helt inne, vil det dannes metalllitium på katoden.Siden dette metallet litium er en dendrittisk krystall, kalles det dendritt.Hvis dendritten er for lang, er det lett å stikke hull i membranen, noe som forårsaker intern kortslutning.Siden hovedkomponenten i elektrolytten er karbonat, er tenningspunktet og kokepunktet lavt, så det vil brenne eller til og med eksplodere ved høy temperatur.
Hvis det er et polymer litiumbatteri, er elektrolytten kolloidal, som er utsatt for mer voldsom forbrenning.For å løse dette problemet prøver forskere å erstatte tryggere katodematerialer.Materialet til litiummanganatbatteri har visse fordeler.Det kan sikre at litiumionet til den positive elektroden kan være fullstendig innebygd i karbonhullet til den negative elektroden under full ladningstilstand, i stedet for å ha visse rester i den positive elektroden som litiumkobalat, som til en viss grad unngår generering av dendritter.Den stabile strukturen til litiummanganat gjør dets oksidasjonsytelse mye lavere enn litiumkobalat.Selv om det er en ekstern kortslutning (i stedet for en intern kortslutning), kan den i utgangspunktet unngå forbrenning og eksplosjon forårsaket av litiummetallutfelling.Litiumjernfosfat har høyere termisk stabilitet og lavere oksidasjonskapasitet av elektrolytt, så det har høy sikkerhet.
Aldringsdempningen til litiumionbatterier manifesteres ved kapasitetsdempning og intern motstandsøkning, og dens interne aldringsdempningsmekanisme inkluderer tap av positive og negative aktive materialer og tap av tilgjengelige litiumioner.Når katodematerialet er eldet og råtnet, og katodens kapasitet er utilstrekkelig, er det mer sannsynlig at det oppstår risiko for litiumutvikling fra katoden.Under tilstanden med overutladning vil potensialet fra katoden til litium stige til over 3V, som er høyere enn oppløsningspotensialet til kobber, noe som forårsaker oppløsningen av kobbersamleren.Oppløste kobberioner vil utfelles på katodeoverflaten og danne kobberdendritter.Kobberdendritter vil passere gjennom membranen og forårsake intern kortslutning, noe som alvorlig påvirker sikkerhetsytelsen til batteriet.
I tillegg vil overladingsmotstanden til aldrende batterier reduseres til en viss grad, hovedsakelig på grunn av økningen av intern motstand og reduksjonen av positive og negative aktive stoffer, noe som resulterer i økningen av joule-varme under overladingsprosessen til batterier.Ved mindre overlading kan sidereaksjoner utløses, noe som forårsaker termisk løping av batterier.Når det gjelder termisk stabilitet, vil litiumutvikling fra katoden føre til en kraftig nedgang i den termiske stabiliteten til batteriet.
Kort sagt, sikkerhetsytelsen til det gamle batteriet vil bli kraftig redusert, noe som vil sette sikkerheten til batteriet i alvorlig fare.Den vanligste løsningen er å utstyre batterienergilagringssystemet med et batteristyringssystem (BMS).For eksempel kan 8000 18650-batteriene som brukes i Tesla Model S realisere sanntidsovervåking av ulike fysiske parametere til batteriet, evaluere batteribruksstatusen og utføre online diagnose og tidlig varsling gjennom batteristyringssystemet.Samtidig kan den også utføre utladnings- og forhåndsladingskontroll, batteribalansestyring og termisk styring.
Innleggstid: Des-02-2022