லித்தியம் பேட்டரியின் பாதுகாப்பு

லித்தியம் பேட்டரிகள் பெயர்வுத்திறன் மற்றும் வேகமான சார்ஜிங் ஆகியவற்றின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன, எனவே லீட்-அமில பேட்டரிகள் மற்றும் பிற இரண்டாம் நிலை பேட்டரிகள் சந்தையில் ஏன் இன்னும் புழக்கத்தில் உள்ளன?
செலவு மற்றும் வெவ்வேறு பயன்பாட்டு துறைகளின் சிக்கல்களுக்கு கூடுதலாக, மற்றொரு காரணம் பாதுகாப்பு.
லித்தியம் உலகில் மிகவும் செயலில் உள்ள உலோகம்.அதன் இரசாயன பண்புகள் மிகவும் சுறுசுறுப்பாக இருப்பதால், லித்தியம் உலோகம் காற்றில் வெளிப்படும் போது, ​​அது ஆக்ஸிஜனுடன் கடுமையான ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்வினை கொண்டிருக்கும், எனவே அது வெடிப்பு, எரிப்பு மற்றும் பிற நிகழ்வுகளுக்கு ஆளாகிறது.கூடுதலாக, சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் செய்யும் போது லித்தியம் பேட்டரியின் உள்ளேயும் ரெடாக்ஸ் எதிர்வினை ஏற்படும்.வெடிப்பு மற்றும் தன்னிச்சையான எரிப்பு முக்கியமாக வெப்பத்திற்குப் பிறகு லித்தியம் பேட்டரியின் குவிப்பு, பரவல் மற்றும் வெளியீடு ஆகியவற்றால் ஏற்படுகிறது.சுருக்கமாக, லித்தியம் பேட்டரிகள் சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங் செயல்பாட்டின் போது அதிக வெப்பத்தை உருவாக்கும், இது பேட்டரியின் உள் வெப்பநிலை மற்றும் தனிப்பட்ட பேட்டரிகளுக்கு இடையில் சீரற்ற வெப்பநிலை அதிகரிப்பதற்கு வழிவகுக்கும், இதனால் பேட்டரியின் நிலையற்ற செயல்திறன் ஏற்படுகிறது.
தெர்மல் ரன்வே லித்தியம்-அயன் பேட்டரியின் பாதுகாப்பற்ற நடத்தைகள் (பேட்டரி ஓவர்சார்ஜ் மற்றும் ஓவர் டிஸ்சார்ஜ், ரேபிட் சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ், ஷார்ட் சர்க்யூட், மெக்கானிக்கல் துஷ்பிரயோக நிலைகள், அதிக வெப்பநிலை வெப்ப அதிர்ச்சி போன்றவை) பேட்டரியின் உள்ளே ஆபத்தான பக்கவிளைவுகளைத் தூண்டி வெப்பத்தை உருவாக்கும். எதிர்மறை மின்முனை மற்றும் நேர்மறை மின்முனை மேற்பரப்பில் செயலற்ற படத்தை நேரடியாக சேதப்படுத்துகிறது.
லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளின் வெப்ப ரன்வே விபத்துகளைத் தூண்டுவதற்கு பல காரணங்கள் உள்ளன.தூண்டுதலின் குணாதிசயங்களின்படி, அதை இயந்திர துஷ்பிரயோகம் தூண்டுதல், மின் துஷ்பிரயோகம் தூண்டுதல் மற்றும் வெப்ப துஷ்பிரயோகம் தூண்டுதல் என பிரிக்கலாம்.இயந்திர துஷ்பிரயோகம்: குத்தூசி மருத்துவம், வெளியேற்றம் மற்றும் வாகனம் மோதுவதால் ஏற்படும் கனமான பொருள் தாக்கம் ஆகியவற்றைக் குறிக்கிறது;மின்சார துஷ்பிரயோகம்: பொதுவாக முறையற்ற மின்னழுத்த மேலாண்மை அல்லது மின் கூறு செயலிழப்பு, ஷார்ட் சர்க்யூட், ஓவர்சார்ஜ் மற்றும் ஓவர் டிஸ்சார்ஜ் உட்பட;வெப்ப துஷ்பிரயோகம்: முறையற்ற வெப்பநிலை மேலாண்மை காரணமாக அதிக வெப்பம் ஏற்படுகிறது.

இந்த மூன்று தூண்டுதல் முறைகளும் ஒன்றோடொன்று தொடர்புடையவை.இயந்திர துஷ்பிரயோகம் பொதுவாக பேட்டரி உதரவிதானத்தின் சிதைவு அல்லது சிதைவை ஏற்படுத்தும், இதன் விளைவாக பேட்டரியின் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை துருவங்கள் மற்றும் ஷார்ட் சர்க்யூட் இடையே நேரடி தொடர்பு ஏற்படுகிறது, இதன் விளைவாக மின் துஷ்பிரயோகம் ஏற்படுகிறது;இருப்பினும், மின்சார துஷ்பிரயோகத்தின் நிபந்தனையின் கீழ், ஜூல் வெப்பம் போன்ற வெப்ப உருவாக்கம் அதிகரிக்கிறது, இதனால் பேட்டரி வெப்பநிலை உயரும், இது வெப்ப துஷ்பிரயோகமாக உருவாகிறது, மேலும் பேட்டரியின் உள்ளே சங்கிலி வகை வெப்பத்தை உருவாக்கும் பக்க எதிர்வினையைத் தூண்டுகிறது, மேலும் இறுதியாக நிகழ்வுக்கு வழிவகுக்கிறது. பேட்டரி வெப்ப ரன்வே.
பேட்டரியின் வெப்ப உற்பத்தி விகிதம் வெப்பச் சிதறல் விகிதத்தை விட அதிகமாக இருப்பதால், வெப்பம் அதிக அளவில் குவிந்தாலும், காலப்போக்கில் சிதறாமல் இருப்பதாலும் பேட்டரி தெர்மல் ரன்வே ஏற்படுகிறது.சாராம்சத்தில், "தெர்மல் ரன்அவே" என்பது ஒரு நேர்மறையான ஆற்றல் பின்னூட்ட சுழற்சி செயல்முறையாகும்: உயரும் வெப்பநிலையானது கணினியை சூடாக்கும், மேலும் கணினி வெப்பமடைந்த பிறகு வெப்பநிலை உயரும், இது கணினியை வெப்பமாக்குகிறது.
வெப்ப ரன்அவே செயல்முறை: பேட்டரி உள் வெப்பநிலை உயரும் போது, ​​SEI படத்தின் மேற்பரப்பில் உள்ள SEI படம் அதிக வெப்பநிலையில் சிதைகிறது, கிராஃபைட்டில் பதிக்கப்பட்ட லித்தியம் அயன் எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் பைண்டருடன் வினைபுரிந்து, பேட்டரி வெப்பநிலையை மேலும் உயர்த்துகிறது. 150 ℃, மற்றும் இந்த வெப்பநிலையில் ஒரு புதிய வன்முறை வெளிவெப்ப எதிர்வினை ஏற்படும்.பேட்டரி வெப்பநிலை 200 ℃ க்கு மேல் அடையும் போது, ​​கேத்தோடு பொருள் சிதைந்து, அதிக அளவு வெப்பம் மற்றும் வாயுவை வெளியிடுகிறது, மேலும் பேட்டரி வீங்கத் தொடங்குகிறது மற்றும் தொடர்ந்து வெப்பமடைகிறது.லித்தியம் உட்பொதிக்கப்பட்ட அனோட் 250-350 ℃ இல் எலக்ட்ரோலைட்டுடன் வினைபுரியத் தொடங்கியது.சார்ஜ் செய்யப்பட்ட கத்தோட் பொருள் வன்முறை சிதைவு எதிர்வினைக்கு உட்படுகிறது, மேலும் எலக்ட்ரோலைட் வன்முறை ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்வினைக்கு உட்படுகிறது, அதிக அளவு வெப்பத்தை வெளியிடுகிறது, அதிக வெப்பநிலை மற்றும் அதிக அளவு வாயுவை உருவாக்குகிறது, இதனால் பேட்டரியின் எரிப்பு மற்றும் வெடிப்பு ஏற்படுகிறது.
அதிக மின்னேற்றத்தின் போது லித்தியம் டென்ட்ரைட் மழைப்பொழிவின் சிக்கல்: லித்தியம் கோபாலேட் பேட்டரி முழுமையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட பிறகு, அதிக அளவு லித்தியம் அயனிகள் நேர்மறை மின்முனையில் இருக்கும்.அதாவது, கேத்தோடில் அதிக லித்தியம் அயனிகளை காத்தோடுடன் இணைக்க முடியாது, ஆனால் அதிக மின்னேற்ற நிலையில், கேத்தோடில் உள்ள அதிகப்படியான லித்தியம் அயனிகள் இன்னும் கேத்தோடிற்கு நீந்திச் செல்லும்.அவற்றை முழுமையாகக் கட்டுப்படுத்த முடியாததால், கேத்தோடில் உலோக லித்தியம் உருவாகும்.இந்த உலோக லித்தியம் ஒரு டென்ட்ரிடிக் படிகமாக இருப்பதால், இது டென்ட்ரைட் என்று அழைக்கப்படுகிறது.டென்ட்ரைட் மிக நீளமாக இருந்தால், உதரவிதானத்தைத் துளைப்பது எளிது, இதனால் உள் குறுகிய சுற்று ஏற்படுகிறது.எலக்ட்ரோலைட்டின் முக்கிய கூறு கார்பனேட் என்பதால், அதன் பற்றவைப்பு புள்ளி மற்றும் கொதிநிலை குறைவாக இருப்பதால், அது அதிக வெப்பநிலையில் எரியும் அல்லது வெடிக்கும்.

இது பாலிமர் லித்தியம் பேட்டரியாக இருந்தால், எலக்ட்ரோலைட் கூழ்மமானது, இது அதிக வன்முறை எரிப்புக்கு ஆளாகிறது.இந்த சிக்கலை தீர்க்க, விஞ்ஞானிகள் பாதுகாப்பான கேத்தோடு பொருட்களை மாற்ற முயற்சிக்கின்றனர்.லித்தியம் மாங்கனேட் பேட்டரியின் பொருள் சில நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது.நேர்மறை மின்முனையின் லித்தியம் அயனியானது, லித்தியம் கோபாலேட் போன்ற நேர்மறை மின்முனையில் சில எச்சங்களைக் கொண்டிருப்பதற்குப் பதிலாக, முழு சார்ஜ் நிலையின் கீழ் எதிர்மறை மின்முனையின் கார்பன் துளைக்குள் முழுமையாக உட்பொதிக்கப்படுவதை உறுதிசெய்யலாம். dendrites.லித்தியம் மாங்கனேட்டின் நிலையான அமைப்பு அதன் ஆக்சிஜனேற்ற செயல்திறனை லித்தியம் கோபாலேட்டை விட மிகக் குறைவாக ஆக்குகிறது.வெளிப்புற ஷார்ட் சர்க்யூட் இருந்தாலும் (உள் ஷார்ட் சர்க்யூட்டை விட), அது அடிப்படையில் லித்தியம் உலோக மழையால் ஏற்படும் எரிப்பு மற்றும் வெடிப்பைத் தவிர்க்கலாம்.லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் அதிக வெப்ப நிலைப்புத்தன்மை மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டின் குறைந்த ஆக்சிஜனேற்ற திறன் கொண்டது, எனவே இது அதிக பாதுகாப்பைக் கொண்டுள்ளது.
லித்தியம் அயன் பேட்டரியின் வயதான குறைப்பு திறன் குறைப்பு மற்றும் உள் எதிர்ப்பின் அதிகரிப்பால் வெளிப்படுகிறது, மேலும் அதன் உள் வயதான குறைப்பு பொறிமுறையானது நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை செயலில் உள்ள பொருட்களின் இழப்பு மற்றும் கிடைக்கக்கூடிய லித்தியம் அயனிகளின் இழப்பு ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது.கத்தோட் பொருள் வயதான மற்றும் சிதைந்து, மற்றும் கேத்தோடின் திறன் போதுமானதாக இல்லாவிட்டால், கேத்தோடிலிருந்து லித்தியம் பரிணாம வளர்ச்சியின் ஆபத்து அதிகம்.அதிகப்படியான வெளியேற்றத்தின் நிபந்தனையின் கீழ், லித்தியத்திற்கு கேத்தோடின் திறன் 3V க்கு மேல் உயரும், இது தாமிரத்தின் கரைப்பு திறனை விட அதிகமாக உள்ளது, இது செப்பு சேகரிப்பாளரின் கரைப்பை ஏற்படுத்துகிறது.கரைந்த செப்பு அயனிகள் கேத்தோடு மேற்பரப்பில் படிந்து செப்பு டென்ட்ரைட்டுகளை உருவாக்கும்.காப்பர் டென்ட்ரைட்டுகள் உதரவிதானம் வழியாகச் செல்லும், இது உள் குறுகிய சுற்றுக்கு காரணமாகிறது, இது பேட்டரியின் பாதுகாப்பு செயல்திறனை தீவிரமாக பாதிக்கிறது.
கூடுதலாக, வயதான பேட்டரிகளின் ஓவர்சார்ஜ் எதிர்ப்பு ஒரு குறிப்பிட்ட அளவிற்கு குறையும், முக்கியமாக உள் எதிர்ப்பின் அதிகரிப்பு மற்றும் நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை செயலில் உள்ள பொருட்களின் குறைவு, இதன் விளைவாக பேட்டரிகள் அதிக சார்ஜ் செய்யும் போது ஜூல் வெப்பம் அதிகரிக்கும்.குறைவான ஓவர் சார்ஜிங்கின் கீழ், பக்கவிளைவுகள் தூண்டப்படலாம், இதனால் பேட்டரிகளின் வெப்ப ரன்வே ஏற்படுகிறது.வெப்ப நிலைத்தன்மையைப் பொறுத்தவரை, கேத்தோடிலிருந்து லித்தியம் பரிணாமம் பேட்டரியின் வெப்ப நிலைத்தன்மையில் கூர்மையான சரிவுக்கு வழிவகுக்கும்.
ஒரு வார்த்தையில், வயதான பேட்டரியின் பாதுகாப்பு செயல்திறன் வெகுவாகக் குறைக்கப்படும், இது பேட்டரியின் பாதுகாப்பிற்கு தீவிரமாக ஆபத்தை ஏற்படுத்தும்.மிகவும் பொதுவான தீர்வு பேட்டரி ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்பை பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்புடன் (BMS) சித்தப்படுத்துவதாகும்.எடுத்துக்காட்டாக, டெஸ்லா மாடல் S இல் பயன்படுத்தப்படும் 8000 18650 பேட்டரிகள் பேட்டரியின் பல்வேறு இயற்பியல் அளவுருக்களை நிகழ்நேர கண்காணிப்பை உணர்ந்து, பேட்டரி பயன்பாட்டு நிலையை மதிப்பிடலாம் மற்றும் அதன் பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்பு மூலம் ஆன்லைனில் நோயறிதல் மற்றும் முன்கூட்டியே எச்சரிக்கை செய்யலாம்.அதே நேரத்தில், இது டிஸ்சார்ஜ் மற்றும் ப்ரீ சார்ஜ் கண்ட்ரோல், பேட்டரி பேலன்ஸ் மேனேஜ்மென்ட் மற்றும் தெர்மல் மேனேஜ்மென்ட் ஆகியவற்றையும் செய்ய முடியும்.