Sigurtà tal-batterija tal-litju

Il-batteriji tal-litju għandhom il-vantaġġi tal-portabbiltà u l-iċċarġjar mgħaġġel, allura għaliex il-batteriji taċ-ċomb-aċidu u batteriji sekondarji oħra għadhom jiċċirkolaw fis-suq?
Minbarra l-problemi ta 'spejjeż u oqsma ta' applikazzjoni differenti, raġuni oħra hija s-sigurtà.
Il-litju huwa l-aktar metall attiv fid-dinja.Minħabba li l-karatteristiċi kimiċi tiegħu huma attivi wisq, meta l-metall tal-litju jiġi espost għall-arja, ikollu reazzjoni ta 'ossidazzjoni ħarxa bl-ossiġnu, għalhekk huwa suxxettibbli għal splużjoni, kombustjoni u fenomeni oħra.Barra minn hekk, ir-reazzjoni redox se sseħħ ukoll ġewwa l-batterija tal-litju waqt l-iċċarġjar u l-ħatt.L-isplużjoni u l-kombustjoni spontanja huma kkawżati prinċipalment mill-akkumulazzjoni, id-diffużjoni u r-rilaxx tal-batterija tal-litju wara t-tisħin.Fil-qosor, il-batteriji tal-litju se jiġġeneraw ħafna sħana matul il-proċess tal-iċċarġjar u l-ħatt, li jwassal għaż-żieda tat-temperatura interna tal-batterija u t-temperatura irregolari bejn batteriji individwali, u b'hekk tikkawża l-prestazzjoni instabbli tal-batterija.
Imġieba mhux sigura ta 'batterija tal-jone tal-litju termali runaway (inkluż batterija overcharge u overdischarge, ċarġ u skariku rapidu, short circuit, kundizzjonijiet ta' abbuż mekkaniku, xokk termali b'temperatura għolja, eċċ.) X'aktarx li jikkawżaw reazzjonijiet sekondarji perikolużi ġewwa l-batterija u jiġġeneraw sħana, tagħmel ħsara direttament lill-film passiv fuq l-elettrodu negattiv u l-wiċċ tal-elettrodu pożittiv.
Hemm ħafna raġunijiet biex jinħolqu inċidenti ta 'runaway termali ta' batteriji tal-jone tal-litju.Skont il-karatteristiċi tal-iskattar, jista 'jinqasam fi triggering ta' abbuż mekkaniku, triggering ta 'abbuż elettriku u triggering ta' abbuż termali.Abbuż mekkaniku: jirreferi għal acupuncture, estrużjoni u impatt ta 'oġġett tqil ikkawżat minn ħabta tal-vettura;Abbuż elettriku: ġeneralment ikkawżat minn ġestjoni mhux xierqa tal-vultaġġ jew ħsara fil-komponent elettriku, inkluż short circuit, overcharge u overdischarge;Abbuż tas-sħana: ikkawżat minn sħana żejda kkawżata minn ġestjoni mhux xierqa tat-temperatura.

Dawn it-tliet metodi ta' attivazzjoni huma interrelatati.L-abbuż mekkaniku ġeneralment jikkawża deformazzjoni jew qsim tad-dijaframma tal-batterija, li jirriżulta f'kuntatt dirett bejn il-poli pożittivi u negattivi tal-batterija u short circuit, li jirriżulta f'abbuż elettriku;Madankollu, taħt il-kondizzjoni ta 'abbuż ta' l-elettriku, il-ġenerazzjoni tas-sħana bħas-sħana Joule tiżdied, li tikkawża t-temperatura tal-batterija tiżdied, li tiżviluppa f'abbuż tas-sħana, tkompli tiskatta r-reazzjoni tal-ġenb tal-ġenerazzjoni tas-sħana tat-tip katina ġewwa l-batterija, u finalment twassal għall-okkorrenza tas-sħana tal-batterija runaway.
Runaway termali tal-batterija hija kkawżata mill-fatt li r-rata tal-ġenerazzjoni tas-sħana tal-batterija hija ħafna ogħla mir-rata ta 'dissipazzjoni tas-sħana, u s-sħana hija akkumulata f'ammont kbir iżda mhux imxerrda fil-ħin.Essenzjalment, "runaway termali" huwa proċess ta 'ċiklu ta' feedback pożittiv tal-enerġija: it-temperatura li qed tiżdied se tikkawża li s-sistema ssir sħuna, u t-temperatura titla 'wara li s-sistema ssir sħuna, li mbagħad tagħmel is-sistema tisħon.
Il-proċess ta 'runaway termali: meta t-temperatura interna tal-batterija togħla, il-film SEI fuq il-wiċċ tal-film SEI jiddekomponi taħt temperatura għolja, il-jone tal-litju inkorporat fil-grafita se jirreaġixxi ma' l-elettrolit u l-binder, u jkompli jimbotta t-temperatura tal-batterija 'l fuq għal 150 ℃, u reazzjoni eżotermika vjolenti ġdida se sseħħ f'din it-temperatura.Meta t-temperatura tal-batterija tilħaq 'il fuq minn 200 ℃, il-materjal tal-katodu jiddekomponi, jirrilaxxa ammont kbir ta' sħana u gass, u l-batterija tibda tonqos u tissaħħan kontinwament.L-anodu inkorporat tal-litju beda jirreaġixxi ma 'l-elettrolit f'250-350 ℃.Il-materjal tal-katodu ċċarġjat jibda jgħaddi minn reazzjoni ta 'dekompożizzjoni vjolenti, u l-elettrolit jgħaddi minn reazzjoni ta' ossidazzjoni vjolenti, jirrilaxxa ammont kbir ta 'sħana, jiġġenera temperatura għolja u ammont kbir ta' gass, li jikkawża kombustjoni u splużjoni tal-batterija.
Il-problema tal-preċipitazzjoni tad-dendrite tal-litju waqt ħlas żejjed: Wara li l-batterija tal-kobalat tal-litju tkun iċċarġjata kompletament, ammont kbir ta 'jonji tal-litju jibqa' fl-elettrodu pożittiv.Jiġifieri, il-katodu ma jistax iżomm aktar joni tal-litju mwaħħla mal-katodu, iżda fl-istat iċċarġjat żżejjed, il-jonji tal-litju żejjed fuq il-katodu xorta se jgħumu lejn il-katodu.Minħabba li ma jistgħux jinżammu kompletament, il-litju tal-metall se jifforma fuq il-katodu.Peress li dan il-litju tal-metall huwa kristall dendritiku, jissejjaħ dendrite.Jekk id-dendrite hija twila wisq, huwa faċli li tittaqqab id-dijaframma, u tikkawża short circuit intern.Peress li l-komponent ewlieni ta 'l-elettrolit huwa karbonat, il-punt tat-tqabbid u l-punt tat-togħlija tiegħu huma baxxi, għalhekk se jinħaraq jew saħansitra jisplodi f'temperatura għolja.

Jekk hija batterija tal-litju polimeru, l-elettrolit huwa kollojdali, li huwa suxxettibbli għal kombustjoni aktar vjolenti.Sabiex issolvi din il-problema, ix-xjenzati jippruvaw jissostitwixxu materjali katodi aktar sikuri.Il-materjal tal-batterija tal-manganat tal-litju għandu ċerti vantaġġi.Jista 'jiżgura li l-jone tal-litju tal-elettrodu pożittiv jista' jiġi integrat kompletament fit-toqba tal-karbonju tal-elettrodu negattiv taħt l-istat ta 'ċarġ sħiħ, minflok ma jkollu ċerti residwi fl-elettrodu pożittiv bħall-kobalat tal-litju, li sa ċertu punt jevita l-ġenerazzjoni ta' dendriti.L-istruttura stabbli tal-manganat tal-litju tagħmel il-prestazzjoni tal-ossidazzjoni tagħha ħafna aktar baxxa minn dik tal-kobalat tal-litju.Anke jekk hemm short circuit estern (aktar milli short circuit intern), bażikament jista 'jevita l-kombustjoni u l-isplużjoni kkawżati minn preċipitazzjoni tal-metall tal-litju.Il-fosfat tal-ħadid tal-litju għandu stabbiltà termali ogħla u kapaċità ta 'ossidazzjoni aktar baxxa ta' elettrolit, għalhekk għandu sigurtà għolja.
L-attenwazzjoni tat-tixjiħ tal-batterija tal-jone tal-litju hija manifestata b'attenwazzjoni tal-kapaċità u żieda fir-reżistenza interna, u l-mekkaniżmu ta 'attenwazzjoni tat-tixjiħ intern tagħha jinkludi telf ta' materjali attivi pożittivi u negattivi u telf ta 'jonji tal-litju disponibbli.Meta l-materjal tal-katodu jkun qed jixjieħ u jitmermer, u l-kapaċità tal-katodu ma tkunx biżżejjed, ir-riskju ta 'evoluzzjoni tal-litju mill-katodu huwa aktar probabbli li jseħħ.Taħt il-kondizzjoni ta 'skarigu żejjed, il-potenzjal tal-katodu għall-litju se jitla' għal aktar minn 3V, li huwa ogħla mill-potenzjal ta 'dissoluzzjoni tar-ram, li jikkawża x-xoljiment tal-kollettur tar-ram.Il-joni tar-ram maħlul se jippreċipita fuq il-wiċċ tal-katodu u jiffurmaw dendriti tar-ram.Id-dendriti tar-ram se jgħaddu mid-dijaframma, u jikkawżaw short circuit intern, li jaffettwa serjament il-prestazzjoni tas-sigurtà tal-batterija.
Barra minn hekk, ir-reżistenza ta 'ħlas żejjed tal-batteriji li qed tixjieħ se tonqos sa ċertu punt, prinċipalment minħabba ż-żieda tar-reżistenza interna u t-tnaqqis ta' sustanzi attivi pożittivi u negattivi, li jirriżultaw fiż-żieda tas-sħana joule matul il-proċess ta 'iċċarġjar eċċessiv tal-batteriji.Taħt inqas iċċarġjar żejjed, jistgħu jiġu attivati ​​reazzjonijiet sekondarji, li jikkawżaw ir-runaway termali tal-batteriji.F'termini ta 'stabbiltà termali, l-evoluzzjoni tal-litju mill-katodu se twassal għal tnaqqis qawwi fl-istabbiltà termali tal-batterija.
Fi ftit kliem, il-prestazzjoni tas-sigurtà tal-batterija ta 'età se titnaqqas ħafna, li tipperikola serjament is-sigurtà tal-batterija.L-aktar soluzzjoni komuni hija li tgħammar is-sistema tal-ħażna tal-enerġija tal-batterija b'sistema ta 'ġestjoni tal-batterija (BMS).Pereżempju, il-batteriji 8000 18650 użati f'Tesla Model S jistgħu jirrealizzaw monitoraġġ f'ħin reali ta 'diversi parametri fiżiċi tal-batterija, jevalwaw l-istatus tal-użu tal-batterija, u jwettqu dijanjosi onlajn u twissija bikrija permezz tas-sistema ta' ġestjoni tal-batterija tagħha.Fl-istess ħin, jista 'wkoll iwettaq kontroll ta' skariku u pre charge, ġestjoni tal-bilanċ tal-batterija u ġestjoni termali.