Ang mga baterya ng lithium ay may mga pakinabang ng portability at mabilis na pag-charge, kaya bakit ang mga lead-acid na baterya at iba pang pangalawang baterya ay nagpapalipat-lipat pa rin sa merkado?
Bilang karagdagan sa mga problema sa gastos at iba't ibang larangan ng aplikasyon, ang isa pang dahilan ay seguridad.
Ang Lithium ay ang pinaka-aktibong metal sa mundo.Dahil ang mga kemikal na katangian nito ay masyadong aktibo, kapag ang lithium metal ay nakalantad sa hangin, magkakaroon ito ng mabangis na reaksyon ng oksihenasyon na may oxygen, kaya madaling kapitan ng pagsabog, pagkasunog at iba pang mga phenomena.Bilang karagdagan, magkakaroon din ng redox reaction sa loob ng lithium battery habang nagcha-charge at naglalabas.Ang pagsabog at kusang pagkasunog ay pangunahing sanhi ng akumulasyon, pagsasabog at paglabas ng baterya ng lithium pagkatapos ng pag-init.Sa madaling sabi, ang mga baterya ng lithium ay bubuo ng maraming init sa panahon ng proseso ng pag-charge at pag-discharge, na hahantong sa pagtaas ng panloob na temperatura ng baterya at ang hindi pantay na temperatura sa pagitan ng mga indibidwal na baterya, kaya nagiging sanhi ng hindi matatag na pagganap ng baterya.
Ang mga hindi ligtas na pag-uugali ng thermal runaway na baterya ng lithium-ion (kabilang ang sobrang singil at labis na paglabas ng baterya, mabilis na pag-charge at paglabas, short circuit, mga kondisyon ng mekanikal na pang-aabuso, mataas na temperatura na thermal shock, atbp.) ay malamang na mag-trigger ng mga mapanganib na side reaction sa loob ng baterya at makabuo ng init, direktang nakakapinsala sa passive film sa negatibong elektrod at positibong ibabaw ng elektrod.
Mayroong maraming mga dahilan para sa pag-trigger ng thermal runaway na mga aksidente ng mga baterya ng lithium ion.Ayon sa mga katangian ng pag-trigger, maaari itong nahahati sa pag-trigger ng mekanikal na pang-aabuso, pag-trigger ng pang-aabusong elektrikal at pag-trigger ng thermal abuse.Mechanical abuse: tumutukoy sa acupuncture, extrusion at heavy object impact na dulot ng banggaan ng sasakyan;Pang-aabuso sa kuryente: sa pangkalahatan ay sanhi ng hindi wastong pamamahala ng boltahe o pagkasira ng bahagi ng kuryente, kabilang ang short circuit, sobrang singil at labis na paglabas;Pag-abuso sa init: sanhi ng sobrang pag-init na dulot ng hindi tamang pamamahala ng temperatura.
Ang tatlong paraan ng pag-trigger na ito ay magkakaugnay.Ang mekanikal na pang-aabuso ay karaniwang magdudulot ng deformation o pagkalagot ng diaphragm ng baterya, na magreresulta sa direktang kontak sa pagitan ng mga positibo at negatibong poste ng baterya at short circuit, na nagreresulta sa electrical abuse;Gayunpaman, sa ilalim ng kondisyon ng pag-abuso sa kuryente, ang pagbuo ng init gaya ng init ng Joule ay tumataas, na nagiging sanhi ng pagtaas ng temperatura ng baterya, na nagiging sanhi ng pag-abuso sa init, na higit na nagti-trigger ng side reaction ng uri ng chain na heat generation sa loob ng baterya, at sa wakas ay humahantong sa paglitaw. ng tumakas ang init ng baterya.
Ang thermal runaway ng baterya ay sanhi ng katotohanan na ang heat generation rate ng baterya ay mas mataas kaysa sa heat dissipation rate, at ang init ay naipon sa isang malaking halaga ngunit hindi nawawala sa oras.Sa esensya, ang "thermal runaway" ay isang positibong proseso ng feedback cycle ng enerhiya: ang pagtaas ng temperatura ay magiging sanhi ng pag-init ng system, at ang temperatura ay tataas pagkatapos ng pag-init ng system, na siya namang magpapainit sa system.
Ang proseso ng thermal runaway: kapag ang panloob na temperatura ng baterya ay tumaas, ang SEI film sa ibabaw ng SEI film ay nabubulok sa ilalim ng mataas na temperatura, ang lithium ion na naka-embed sa graphite ay tutugon sa electrolyte at sa binder, na higit pang itulak ang temperatura ng baterya. hanggang 150 ℃, at isang bagong marahas na exothermic na reaksyon ang magaganap sa temperaturang ito.Kapag ang temperatura ng baterya ay umabot sa higit sa 200 ℃, ang materyal ng cathode ay nabubulok, naglalabas ng malaking halaga ng init at gas, at ang baterya ay magsisimulang bumukol at patuloy na umiinit.Ang lithium na naka-embed na anode ay nagsimulang tumugon sa electrolyte sa 250-350 ℃.Ang sisingilin na materyal ng cathode ay nagsisimulang sumailalim sa marahas na reaksyon ng agnas, at ang electrolyte ay sumasailalim sa marahas na reaksyon ng oksihenasyon, naglalabas ng malaking halaga ng init, na bumubuo ng mataas na temperatura at isang malaking halaga ng gas, na nagiging sanhi ng pagkasunog at pagsabog ng baterya.
Ang problema ng lithium dendrite precipitation sa panahon ng sobrang singil: Pagkatapos na ganap na ma-charge ang lithium cobalate na baterya, ang malaking halaga ng lithium ions ay nananatili sa positibong elektrod.Ibig sabihin, ang cathode ay hindi maaaring humawak ng higit pang mga lithium ions na nakakabit sa cathode, ngunit sa overcharged na estado, ang labis na lithium ions sa cathode ay lalangoy pa rin sa cathode.Dahil hindi sila maaaring ganap na nilalaman, ang metal lithium ay bubuo sa katod.Dahil ang metal lithium na ito ay isang dendritik na kristal, ito ay tinatawag na dendrite.Kung ang dendrite ay masyadong mahaba, madaling mabutas ang diaphragm, na nagiging sanhi ng panloob na short circuit.Dahil ang pangunahing bahagi ng electrolyte ay carbonate, ang ignition point at boiling point nito ay mababa, kaya ito ay masusunog o sumabog pa sa mataas na temperatura.
Kung ito ay isang polymer lithium na baterya, ang electrolyte ay colloidal, na madaling kapitan ng mas marahas na pagkasunog.Upang malutas ang problemang ito, sinusubukan ng mga siyentipiko na palitan ang mas ligtas na mga materyales sa cathode.Ang materyal ng lithium manganate na baterya ay may ilang mga pakinabang.Maaari nitong matiyak na ang lithium ion ng positibong elektrod ay maaaring ganap na mai-embed sa carbon hole ng negatibong elektrod sa ilalim ng estado ng buong singil, sa halip na magkaroon ng ilang mga nalalabi sa positibong elektrod tulad ng lithium cobalate, na sa ilang mga lawak ay umiiwas sa pagbuo ng dendrites.Ang matatag na istraktura ng lithium manganate ay ginagawang mas mababa ang pagganap ng oksihenasyon nito kaysa sa lithium cobalate.Kahit na mayroong isang panlabas na short circuit (sa halip na isang panloob na short circuit), maaari itong karaniwang maiwasan ang pagkasunog at pagsabog na dulot ng lithium metal precipitation.Ang lithium iron phosphate ay may mas mataas na thermal stability at mas mababang oxidation capacity ng electrolyte, kaya ito ay may mataas na kaligtasan.
Ang aging attenuation ng lithium ion na baterya ay makikita sa pamamagitan ng capacity attenuation at internal resistance increase, at ang internal aging attenuation mechanism nito ay kinabibilangan ng pagkawala ng positive at negative active materials at pagkawala ng available na lithium ions.Kapag ang materyal ng cathode ay luma na at nabulok, at ang kapasidad ng cathode ay hindi sapat, ang panganib ng lithium evolution mula sa cathode ay mas malamang na mangyari.Sa ilalim ng kondisyon ng over discharge, ang potensyal ng cathode sa lithium ay tataas sa itaas ng 3V, na mas mataas kaysa sa dissolution potential ng tanso, na nagiging sanhi ng paglusaw ng copper collector.Ang mga natunaw na ion na tanso ay mamumuo sa ibabaw ng katod at bubuo ng mga tansong dendrite.Ang mga tansong dendrite ay dadaan sa diaphragm, na nagiging sanhi ng panloob na short circuit, na seryosong nakakaapekto sa kaligtasan ng pagganap ng baterya.
Bilang karagdagan, ang overcharge na resistensya ng mga tumatandang baterya ay bababa sa isang tiyak na lawak, pangunahin dahil sa pagtaas ng panloob na resistensya at pagbaba ng positibo at negatibong mga aktibong sangkap, na nagreresulta sa pagtaas ng init ng joule sa panahon ng overcharging na proseso ng mga baterya.Sa ilalim ng mas kaunting overcharging, maaaring ma-trigger ang mga side reaction, na magdulot ng thermal runaway ng mga baterya.Sa mga tuntunin ng thermal stability, ang lithium evolution mula sa cathode ay hahantong sa isang matalim na pagbaba sa thermal stability ng baterya.
Sa madaling salita, ang kaligtasan ng pagganap ng lumang baterya ay lubos na mababawasan, na seryosong maglalagay sa panganib sa kaligtasan ng baterya.Ang pinakakaraniwang solusyon ay ang magbigay ng kagamitan sa sistema ng pag-iimbak ng enerhiya ng baterya na may sistema ng pamamahala ng baterya (BMS).Halimbawa, ang mga 8000 18650 na baterya na ginamit sa Tesla Model S ay maaaring magkaroon ng real-time na pagsubaybay sa iba't ibang pisikal na parameter ng baterya, suriin ang katayuan ng paggamit ng baterya, at magsagawa ng online na pagsusuri at maagang babala sa pamamagitan ng sistema ng pamamahala ng baterya nito.Kasabay nito, maaari rin itong magsagawa ng discharge at pre charge control, pamamahala ng balanse ng baterya at thermal management.
Oras ng post: Dis-02-2022