Usalama wa Betri ya Lithium

Betri za lithiamu zina faida za kubebeka na kuchaji haraka, kwa hivyo kwa nini betri za asidi ya risasi na betri zingine za upili bado zinazunguka sokoni?
Mbali na matatizo ya gharama na nyanja tofauti za maombi, sababu nyingine ni usalama.
Lithiamu ndio chuma kinachofanya kazi zaidi ulimwenguni.Kwa sababu sifa zake za kemikali zinafanya kazi sana, chuma cha lithiamu kinapofunuliwa na hewa, kitakuwa na mmenyuko mkali wa oxidation na oksijeni, kwa hiyo inakabiliwa na mlipuko, mwako na matukio mengine.Kwa kuongezea, mmenyuko wa redox pia utatokea ndani ya betri ya lithiamu wakati wa kuchaji na kutoa.Mlipuko na mwako wa hiari husababishwa hasa na mlundikano, usambaaji na kutolewa kwa betri ya lithiamu baada ya kukanza.Kwa kifupi, betri za lithiamu zitazalisha joto nyingi wakati wa mchakato wa malipo na kutokwa, ambayo itasababisha kupanda kwa joto la ndani la betri na joto la kutofautiana kati ya betri za kibinafsi, na hivyo kusababisha utendaji usio imara wa betri.
Tabia zisizo salama za betri ya lithiamu-ioni inayokimbia kutokana na joto (ikiwa ni pamoja na chaji kupita kiasi na kutokwa kwa betri, chaji ya haraka na kutokwa, mzunguko mfupi wa umeme, hali ya matumizi mabaya ya mitambo, mshtuko wa joto la juu, n.k.) zinaweza kusababisha athari hatari ndani ya betri na kutoa joto, moja kwa moja kuharibu filamu passiv juu ya electrode hasi na chanya electrode uso.
Kuna sababu nyingi za kusababisha ajali za kukimbia kwa mafuta ya betri za lithiamu ion.Kwa mujibu wa sifa za kuchochea, inaweza kugawanywa katika kuchochea unyanyasaji wa mitambo, kuchochea matumizi mabaya ya umeme na kuchochea matumizi mabaya ya joto.Matumizi mabaya ya mitambo: inarejelea acupuncture, extrusion na athari ya kitu kizito kinachosababishwa na mgongano wa gari;Matumizi mabaya ya umeme: kwa ujumla husababishwa na usimamizi usiofaa wa voltage au kushindwa kwa sehemu ya umeme, ikiwa ni pamoja na mzunguko mfupi, malipo ya ziada na kutokwa kwa ziada;Unyanyasaji wa joto: unaosababishwa na joto linalosababishwa na usimamizi usiofaa wa joto.

Njia hizi tatu za kuchochea zinahusiana.Matumizi mabaya ya mitambo kwa ujumla yatasababisha deformation au kupasuka kwa kiwambo cha betri, na kusababisha mgusano wa moja kwa moja kati ya nguzo chanya na hasi za betri na mzunguko mfupi, na kusababisha matumizi mabaya ya umeme;Walakini, chini ya hali ya matumizi mabaya ya umeme, kizazi cha joto kama vile joto la Joule huongezeka, na kusababisha joto la betri kupanda, ambalo hukua na kuwa matumizi mabaya ya joto, na kusababisha zaidi athari ya upande wa kizazi cha mnyororo ndani ya betri, na mwishowe kusababisha tukio. ya kukimbia kwa joto la betri.
Ukimbiaji wa mafuta ya betri husababishwa na ukweli kwamba kiwango cha uzalishaji wa joto cha betri ni cha juu zaidi kuliko kiwango cha uharibifu wa joto, na joto hukusanywa kwa kiasi kikubwa lakini haipatikani kwa wakati.Kwa asili, "kukimbia kwa joto" ni mchakato mzuri wa mzunguko wa maoni ya nishati: joto la kupanda litasababisha mfumo kuwa moto, na joto litaongezeka baada ya mfumo kuwa moto, ambayo kwa upande itafanya mfumo kuwa moto zaidi.
Mchakato wa kukimbia kwa joto: wakati joto la ndani la betri linapoongezeka, filamu ya SEI kwenye uso wa filamu ya SEI hutengana chini ya joto la juu, ioni ya lithiamu iliyoingia kwenye grafiti itaitikia na elektroliti na binder, na kusukuma zaidi joto la betri. hadi 150 ℃, na mmenyuko mpya mkali wa exothermic utatokea kwa halijoto hii.Joto la betri linapofikia zaidi ya 200 ℃, nyenzo ya cathode hutengana, ikitoa kiasi kikubwa cha joto na gesi, na betri huanza kuchomoza na kuwaka moto mfululizo.Anode ya lithiamu iliyopachikwa ilianza kuguswa na elektroliti ifikapo 250-350 ℃.Nyenzo ya cathode iliyochajiwa huanza kupata mmenyuko wa mtengano mkali, na elektroliti hupitia mmenyuko wa oxidation mkali, ikitoa kiasi kikubwa cha joto, kutoa joto la juu na kiasi kikubwa cha gesi, na kusababisha mwako na mlipuko wa betri.
Tatizo la kunyesha kwa lithiamu dendrite wakati wa chaji kupita kiasi: Baada ya betri ya lithiamu kobalati kuchajiwa kikamilifu, kiasi kikubwa cha ioni za lithiamu hubaki kwenye elektrodi chanya.Hiyo ni kusema, cathode haiwezi kushikilia ioni zaidi za lithiamu zilizounganishwa na cathode, lakini katika hali iliyozidi, ioni za lithiamu za ziada kwenye cathode bado zitaogelea kwenye cathode.Kwa sababu haziwezi kuwekwa kikamilifu, lithiamu ya chuma itaunda kwenye cathode.Kwa kuwa lithiamu hii ya chuma ni fuwele ya dendritic, inaitwa dendrite.Ikiwa dendrite ni ndefu sana, ni rahisi kutoboa diaphragm, na kusababisha mzunguko mfupi wa ndani.Kwa vile sehemu kuu ya elektroliti ni kaboni, sehemu yake ya kuwasha na kiwango cha kuchemsha ni cha chini, kwa hivyo itawaka au hata kulipuka kwa joto la juu.

Ikiwa ni betri ya lithiamu ya polymer, electrolyte ni colloidal, ambayo inakabiliwa na mwako mkali zaidi.Ili kutatua tatizo hili, wanasayansi wanajaribu kuchukua nafasi ya vifaa vya cathode salama.Nyenzo za betri ya lithiamu manganeti ina faida fulani.Inaweza kuhakikisha kwamba ioni ya lithiamu ya elektrodi chanya inaweza kupachikwa kabisa ndani ya shimo la kaboni la elektrodi hasi chini ya hali kamili ya chaji, badala ya kuwa na mabaki fulani katika elektrodi chanya kama lithiamu cobalate, ambayo kwa kiasi fulani huepuka kizazi cha dendrites.Muundo thabiti wa lithiamu manganeti hufanya utendaji wake wa oksidi kuwa chini sana kuliko ule wa lithiamu cobalate.Hata kama kuna saketi fupi ya nje (badala ya saketi fupi ya ndani), inaweza kimsingi kuzuia mwako na mlipuko unaosababishwa na kunyesha kwa chuma cha lithiamu.Fosfati ya chuma ya lithiamu ina uthabiti wa juu wa mafuta na uwezo wa chini wa oxidation ya elektroliti, kwa hivyo ina usalama wa juu.
Kupunguza kuzeeka kwa betri ya ioni ya lithiamu hudhihirishwa na kupungua kwa uwezo na kuongezeka kwa upinzani wa ndani, na utaratibu wake wa ndani wa kupunguza kuzeeka ni pamoja na upotezaji wa nyenzo chanya na hasi na upotezaji wa ioni za lithiamu.Wakati nyenzo za cathode zimezeeka na zimeharibika, na uwezo wa cathode haitoshi, hatari ya mabadiliko ya lithiamu kutoka kwa cathode inawezekana zaidi kutokea.Chini ya hali ya kutokwa zaidi, uwezo wa cathode kwa lithiamu itaongezeka hadi juu ya 3V, ambayo ni ya juu kuliko uwezo wa kufutwa kwa shaba, na kusababisha kufutwa kwa mtozaji wa shaba.Ioni za shaba zilizoyeyushwa zitapita kwenye uso wa cathode na kuunda dendrites za shaba.Dendrite za shaba zitapita kwenye diaphragm, na kusababisha mzunguko mfupi wa ndani, ambao huathiri sana utendaji wa usalama wa betri.
Kwa kuongeza, upinzani wa malipo ya ziada ya betri za kuzeeka utapungua kwa kiasi fulani, hasa kutokana na ongezeko la upinzani wa ndani na kupungua kwa vitu vyema na hasi vya kazi, na kusababisha ongezeko la joto la joule wakati wa mchakato wa overcharging ya betri.Chini ya chaji kidogo, athari za upande zinaweza kuanzishwa, na kusababisha kukimbia kwa betri.Kwa upande wa utulivu wa joto, mageuzi ya lithiamu kutoka kwa cathode itasababisha kupungua kwa kasi kwa utulivu wa joto wa betri.
Kwa neno moja, utendaji wa usalama wa betri iliyozeeka utapunguzwa sana, ambayo itahatarisha sana usalama wa betri.Suluhisho la kawaida ni kuandaa mfumo wa uhifadhi wa nishati ya betri na mfumo wa usimamizi wa betri (BMS).Kwa mfano, betri 8000 18650 zinazotumiwa katika Tesla Model S zinaweza kutambua ufuatiliaji wa wakati halisi wa vigezo mbalimbali vya kimwili vya betri, kutathmini hali ya matumizi ya betri, na kufanya uchunguzi wa mtandaoni na onyo la mapema kupitia mfumo wake wa udhibiti wa betri.Wakati huo huo, inaweza pia kufanya udhibiti wa kutokwa na malipo ya awali, usimamizi wa usawa wa betri na usimamizi wa joto.