Литиум батерей нь зөөврийн болон хурдан цэнэглэгддэг давуу талтай тул яагаад хар тугалганы хүчлийн батерей болон бусад хоёрдогч батерейнууд зах зээл дээр эргэлдэж байна вэ?
Өртөг, хэрэглээний янз бүрийн талбаруудын асуудлаас гадна өөр нэг шалтгаан нь аюулгүй байдал юм.
Лити бол дэлхийн хамгийн идэвхтэй металл юм.Химийн шинж чанар нь хэт идэвхтэй байдаг тул литийн метал агаарт өртөхөд хүчилтөрөгчтэй исэлдэх хүчтэй урвал явагдах тул дэлбэрэлт, шаталт болон бусад үзэгдэлд өртөмтгий байдаг.Нэмж дурдахад литийн батерейг цэнэглэх, цэнэглэх явцад редокс урвал явагдана.Дэлбэрэлт ба аяндаа шаталт нь голчлон халаасны дараа лити батерейны хуримтлал, тархалт, ялгаралтаас үүсдэг.Товчхондоо, литийн батерейнууд нь цэнэглэх, цэнэглэх явцад маш их дулааныг бий болгодог бөгөөд энэ нь батерейны дотоод температур, бие даасан батерейны хоорондох жигд бус температурыг бий болгож, батерейны тогтворгүй ажиллагааг бий болгоно.
Дулааны литийн ион батерейны аюултай үйлдэл (батарейг хэт цэнэглэх, хэт цэнэглэх, хурдан цэнэглэх ба цэнэггүй болгох, богино холболт, механик ашиглалтын нөхцөл, өндөр температурт дулааны цочрол гэх мэт) нь батерейны дотор аюултай сөрөг урвалыг өдөөж, дулаан үүсгэх магадлалтай. сөрөг электрод ба эерэг электродын гадаргуу дээрх идэвхгүй хальсыг шууд гэмтээх.
Лити ион батерейны дулааны ослыг өдөөх олон шалтгаан бий.Өдөөлтийн шинж чанараас хамааран үүнийг механик хүчирхийллийн гох, цахилгааны буруу өдөөлт, дулааны буруу өдөөлт гэж хувааж болно.Механик хүчирхийлэл: зүүний эмчилгээ, шахалт, тээврийн хэрэгслийн мөргөлдөхөөс үүдэлтэй хүнд объектын нөлөөллийг хэлнэ;Цахилгааны зохисгүй хэрэглээ: ерөнхийдөө хүчдэлийн зохисгүй удирдлага эсвэл богино холболт, хэт цэнэглэлт, хэт цэнэг зэрэг цахилгаан эд ангиудын эвдрэлээс үүдэлтэй;Дулааны буруу хэрэглээ: температурын зохисгүй зохицуулалтаас үүдэлтэй хэт халалтаас үүдэлтэй.
Эдгээр гурван өдөөх арга нь хоорондоо холбоотой.Механик хүчирхийлэл нь ерөнхийдөө зайны диафрагмын хэв гажилт, хагарал үүсгэж, улмаар батерейны эерэг ба сөрөг туйлууд болон богино холболтын хооронд шууд хүрэлцэх, улмаар цахилгааны буруугаар ашиглах;Гэсэн хэдий ч цахилгаан эрчим хүчийг урвуулан ашиглах нөхцөлд Joule дулаан зэрэг дулааны үйлдвэрлэл нэмэгдэж, батерейны температур нэмэгдэж, энэ нь дулааныг буруугаар ашиглахад хүргэж, улмаар батерейны доторх гинжин төрлийн дулаан үүсгэх гаж урвалыг өдөөж, эцэст нь үүсэхэд хүргэдэг. батерейны дулаан урсах.
Батерейны дулаан ялгаруулалт нь батерейны дулаан ялгаруулах хурд нь дулаан ялгаруулах хурдаас хамаагүй өндөр, дулааныг их хэмжээгээр хуримтлуулсан боловч цаг хугацаанд нь гадагшилдаггүйгээс үүсдэг.Нэг ёсондоо "дулааны гүйлт" нь эерэг энергийн эргэх эргэлтийн процесс юм: температурын өсөлт нь системд халах бөгөөд систем халсаны дараа температур нэмэгдэх бөгөөд энэ нь эргээд системийг илүү халах болно.
Дулааны гүйлтийн үйл явц: батерейны дотоод температур нэмэгдэхэд SEI хальсны гадаргуу дээрх SEI хальс нь өндөр температурт задардаг бөгөөд бал чулуунд суулгагдсан литийн ион нь электролит ба холбогчтой урвалд орж, батерейны температурыг дээшлүүлнэ. 150 ℃ хүртэл, энэ температурт шинэ хүчтэй экзотермик урвал үүснэ.Зайны температур 200 хэмээс дээш гарахад катодын материал задарч, их хэмжээний дулаан, хий ялгаруулж, батерей нь томорч, тасралтгүй халдаг.Лити агуулсан анод нь 250-350 ℃ температурт электролиттэй урвалд орж эхлэв.Цэнэглэгдсэн катодын материал нь хүчтэй задралын урвалд орж, электролит нь хүчтэй исэлдэлтийн урвалд орж, их хэмжээний дулаан ялгаруулж, өндөр температур, их хэмжээний хий үүсгэж, батерейны шаталт, дэлбэрэлт үүсгэдэг.
Хэт цэнэглэх үед литийн дендрит хур тунадас үүсэх асуудал: Лити кобалат батерейг бүрэн цэнэглэсний дараа эерэг электродод их хэмжээний лити ион үлддэг.Өөрөөр хэлбэл, катод нь катодтой хавсарсан илүү литийн ионыг барьж чадахгүй, гэхдээ хэт цэнэглэгдсэн тохиолдолд катодын илүүдэл литийн ионууд катод руу сэлсээр байх болно.Тэдгээрийг бүрэн багтааж чадахгүй тул катод дээр металл литий үүсэх болно.Энэ металлын лити нь дендрит талст тул үүнийг дендрит гэж нэрлэдэг.Хэрэв дендрит хэт урт байвал диафрагмыг цоолоход хялбар бөгөөд дотоод богино холболт үүсдэг.Электролитийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг нь карбонат тул түүний гал асаах, буцлах цэг бага байдаг тул өндөр температурт шатах эсвэл бүр тэсрэх аюултай.
Хэрэв энэ нь полимер лити батерей бол электролит нь коллоид бөгөөд илүү хүчтэй шаталтанд өртөмтгий байдаг.Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд эрдэмтэд аюулгүй катодын материалыг орлуулахыг оролдож байна.Лити манганатын батерейны материал нь тодорхой давуу талтай.Энэ нь эерэг электродын лити ионыг эерэг электродын нүүрстөрөгчийн нүхэнд бүрэн цэнэгтэй байх үед литийн кобалат гэх мэт тодорхой үлдэгдэлтэй байхын оронд сөрөг электродын нүүрстөрөгчийн нүхэнд бүрэн оруулах боломжтой бөгөөд энэ нь тодорхой хэмжээгээр үүсэхээс сэргийлдэг. дендрит.Лити манганатын тогтвортой бүтэц нь түүний исэлдэлтийн үзүүлэлтийг литийн кобалатаас хамаагүй доогуур болгодог.Хэдийгээр гадаад богино холболт (дотоод богино холболт гэхээсээ илүү) байсан ч энэ нь үндсэндээ литийн металлын хур тунадаснаас үүсэх шаталт, дэлбэрэлтээс зайлсхийх боломжтой.Лити төмрийн фосфат нь дулааны тогтвортой байдал, электролитийн исэлдүүлэх чадвар багатай тул аюулгүй байдал өндөртэй байдаг.
Лити ион батерейны хөгшрөлтийн сулрал нь хүчин чадал буурч, дотоод эсэргүүцэл нэмэгдэх замаар илэрдэг бөгөөд түүний хөгшрөлтийн дотоод сулралын механизмд эерэг ба сөрөг идэвхтэй материалууд, бэлэн литийн ионууд алдагдах зэрэг орно.Катодын материал хөгширч, ялзарч, катодын хүчин чадал хангалтгүй бол катодоос литийн ялгарах эрсдэл өндөр байдаг.Хэт их цэнэг алдалтын нөхцөлд катодын литийн потенциал нь 3V-ээс дээш гарах ба энэ нь зэсийн уусах потенциалаас өндөр бөгөөд зэс коллекторыг уусгана.Ууссан зэсийн ионууд катодын гадаргуу дээр тунадасжиж, зэсийн дендрит үүсгэдэг.Зэсийн дендрит нь диафрагмаар дамжин дотоод богино холболт үүсгэдэг бөгөөд энэ нь батерейны аюулгүй байдалд ноцтой нөлөөлдөг.
Мөн хуучирсан батерейны хэт цэнэглэх эсэргүүцэл нь тодорхой хэмжээгээр буурч, голчлон дотоод эсэргүүцэл нэмэгдэж, эерэг ба сөрөг идэвхтэй бодисууд багасч, батерейг хэт цэнэглэх явцад жоуль дулаан нэмэгддэг.Хэт их цэнэг багатай үед гаж урвал үүсч, батерейны дулааны алдагдал үүсч болзошгүй.Дулааны тогтвортой байдлын хувьд катодоос литийн хувьсал нь батерейны дулааны тогтвортой байдлын огцом бууралтад хүргэнэ.
Нэг үгээр хэлбэл, хуучирсан батерейны аюулгүй байдлын үзүүлэлт ихээхэн буурч, энэ нь батерейны аюулгүй байдалд ноцтой аюул учруулах болно.Хамгийн түгээмэл шийдэл бол зайны эрчим хүч хадгалах системийг зайны удирдлагын систем (BMS) -ээр тоноглох явдал юм.Жишээлбэл, Tesla Model S-д ашигласан 8000 18650 батерейнууд нь батерейны янз бүрийн физик параметрүүдийг бодит цаг хугацаанд хянах, батерейны ашиглалтын байдлыг үнэлэх, батерейны удирдлагын системээр дамжуулан онлайн оношлогоо, эрт сэрэмжлүүлэг хийх боломжтой.Үүний зэрэгцээ цэнэгийн цэнэгийг цэнэглэх, цэнэглэх хяналт, батерейны балансын удирдлага, дулааны менежментийг хийх боломжтой.
Шуудангийн цаг: 2022 оны 12-р сарын 02