Litio-kuirilaroj havas la avantaĝojn de porteblo kaj rapida ŝarĝo, do kial plumbo-acidaj kuirilaroj kaj aliaj malĉefaj kuirilaroj ankoraŭ cirkulas en la merkato?
Krom la problemoj de kosto kaj malsamaj aplikaj kampoj, alia kialo estas sekureco.
Litio estas la plej aktiva metalo en la mondo.Ĉar ĝiaj kemiaj trajtoj estas tro aktivaj, kiam litia metalo estas elmontrita al la aero, ĝi havos furiozan oksidigan reagon kun oksigeno, do ĝi estas inklina al eksplodo, brulado kaj aliaj fenomenoj.Krome, redox-reago ankaŭ okazos ene de la litia kuirilaro dum ŝarĝo kaj malŝarĝo.Eksplodo kaj spontanea brulado estas ĉefe kaŭzitaj de la amasiĝo, disvastigo kaj liberigo de litia kuirilaro post hejtado.Resume, litiaj kuirilaroj generos multan varmon dum la procezo de ŝarĝo kaj malŝarĝo, kio kondukos al la altiĝo de la interna temperaturo de la kuirilaro kaj la neegala temperaturo inter individuaj kuirilaroj, tiel kaŭzante la malstabilan agadon de la kuirilaro.
Nesekuraj kondutoj de termika forkurinta litio-jona baterio (inkluzive de bateria troŝargo kaj tromalŝarĝo, rapida ŝargo kaj malŝarĝo, kurta cirkvito, mekanikaj misuzoj, alta temperatura termika ŝoko, ktp.) verŝajne ekigas danĝerajn flankajn reagojn ene de la baterio kaj generas varmegon, rekte damaĝante la pasivan filmon sur la negativa elektrodo kaj pozitiva elektroda surfaco.
Estas multaj kialoj de ekfunkciigo de termikaj forkurintaj akcidentoj de litiojonaj kuirilaroj.Laŭ la karakterizaĵoj de ekigado, ĝi povas esti dividita en mekanikan misuzon ekigadon, elektran misuzon ekigadon kaj termikan misuzon ekigadon.Mekanika misuzo: rilatas al akupunkturo, eltrudado kaj peza objekta efiko kaŭzita de veturilo-kolizio;Elektra misuzo: ĝenerale kaŭzita de nedeca tensio-administrado aŭ malfunkcio de elektraj komponentoj, inkluzive de fuŝkontakto, troŝarĝo kaj troŝargiĝo;Varmomisuzo: kaŭzita de trovarmiĝo kaŭzita de nekonvena temperaturadministrado.
Tiuj tri ekigantaj metodoj estas interrilataj.Mekanika misuzo ĝenerale kaŭzos deformadon aŭ rompon de la bateria diafragmo, rezultigante rektan kontakton inter la pozitivaj kaj negativaj polusoj de la baterio kaj fuŝkontakto, rezultigante elektran misuzon;Tamen, sub la kondiĉo de elektro-misuzo, la varmogenerado kiel Joule-varmo pliiĝas, kaŭzante la bateriotemperaturon altiĝi, kiu evoluas al varmomisuzo, plue ekigante la ĉentipan varmegan generacion flankan reagon ene de la kuirilaro, kaj fine kondukante al la okazo. de bateria varmo forkurinta.
La termika forkuro de la kuirilaro estas kaŭzita de la fakto, ke la varmoproduktado de la kuirilaro estas multe pli alta ol la varmodisipa indico, kaj la varmo amasiĝas en granda kvanto sed ne disipas en la tempo.Esence, "termika forkuro" estas pozitiva energia reagocikla procezo: la altiĝanta temperaturo igos la sistemon varmiĝi, kaj la temperaturo altiĝos post kiam la sistemo varmiĝos, kio siavice igos la sistemon pli varma.
La procezo de termika forkuro: kiam la interna temperaturo de la kuirilaro altiĝas, la SEI-filmo sur la surfaco de la SEI-filmo malkomponiĝas sub alta temperaturo, la litiojono enigita en la grafito reagos kun la elektrolito kaj la ligilo, plu puŝante la bateriotemperaturon supren. ĝis 150 ℃, kaj nova perforta ekzoterma reago okazos ĉe ĉi tiu temperaturo.Kiam la bateriotemperaturo atingas super 200 ℃, la katoda materialo malkomponiĝas, liberigante grandan kvanton da varmego kaj gaso, kaj la kuirilaro komencas ŝveli kaj senĉese varmiĝas.La litio enigita anodo komencis reagi kun la elektrolito je 250-350 ℃.La ŝarĝita katoda materialo komencas sperti perfortan malkomponan reagon, kaj la elektrolito spertas perfortan oxidan reagon, liberigante grandan kvanton da varmo, generante altan temperaturon kaj grandan kvanton da gaso, kaŭzante bruladon kaj eksplodon de la kuirilaro.
La problemo de litia dendrita precipitaĵo dum troŝarĝo: Post kiam la litia kobalata baterio estas plene ŝargita, granda kvanto da litiojonoj restas en la pozitiva elektrodo.Tio estas, la katodo ne povas teni pli da litiojonoj ligitaj al la katodo, sed en la troŝarĝita stato, la troaj litiojonoj sur la katodo ankoraŭ naĝos al la katodo.Ĉar ili ne povas esti plene enhavitaj, metala litio formiĝos sur la katodo.Ĉar ĉi tiu metala litio estas dendrita kristalo, ĝi nomiĝas dendrito.Se la dendrito estas tro longa, estas facile trapiki la diafragmon, kaŭzante internan mallongan cirkviton.Ĉar la ĉefa komponanto de elektrolito estas karbonato, ĝia ekbrulpunkto kaj bolpunkto estas malaltaj, do ĝi brulos aŭ eĉ eksplodos ĉe alta temperaturo.
Se ĝi estas polimera litiobaterio, la elektrolito estas koloida, kiu estas inklina al pli perforta brulado.Por solvi ĉi tiun problemon, sciencistoj provas anstataŭigi pli sekurajn katodmaterialojn.La materialo de litia manganato-kuirilaro havas iujn avantaĝojn.Ĝi povas certigi, ke la litiojono de la pozitiva elektrodo povas esti tute enigita en la karbontruon de la negativa elektrodo sub la plena ŝarga stato, anstataŭ havi certajn restaĵojn en la pozitiva elektrodo kiel litia kobalato, kiu iagrade evitas la generacion de dendritoj.La stabila strukturo de litia manganato faras ĝian oksigenadon multe pli malalta ol tiu de litia kobalato.Eĉ se ekzistas ekstera kurta cirkvito (prefere ol interna kurta cirkvito), ĝi esence povas eviti bruladon kaj eksplodon kaŭzitan de litia metala precipitaĵo.Litia ferfosfato havas pli altan termikan stabilecon kaj pli malaltan oksigenadkapaciton de elektrolito, do ĝi havas altan sekurecon.
La maljuniga malfortiĝo de litia jona baterio manifestiĝas per kapacitmalfortiĝo kaj interna rezisto pliiĝo, kaj ĝia interna maljuniĝo-malfortiga mekanismo inkluzivas perdon de pozitivaj kaj negativaj aktivaj materialoj kaj perdo de disponeblaj litiaj jonoj.Kiam la katoda materialo maljuniĝas kaj kadukiĝas, kaj la kapacito de la katodo estas nesufiĉa, la risko de litia evoluo de la katodo pli verŝajne okazas.Sub la kondiĉo de superfluo, la potencialo de katodo al litio altiĝos al super 3V, kiu estas pli alta ol la dissolvpotencialo de kupro, kaŭzante la dissolvon de kuprokolektilo.Solvitaj kupraj jonoj precipitos sur la katodsurfaco kaj formos kuprajn dendritojn.Kupro dendritoj trapasos la diafragmon, kaŭzante internan kurtcirkviton, kiu grave influas la sekurecan agadon de la baterio.
Krome, la superŝarĝa rezisto de maljuniĝantaj kuirilaroj malpliiĝos certagrade, ĉefe pro la pliigo de interna rezisto kaj la malkresko de pozitivaj kaj negativaj aktivaj substancoj, rezultigante la pliiĝon de ĵula varmo dum la troŝargi procezo de kuirilaroj.Sub malpli troŝarĝado, flankaj reagoj povas esti ekigitaj, kaŭzante la termikan forkuriĝon de baterioj.Laŭ termika stabileco, litia evoluo de la katodo kondukos al akra malkresko en la termika stabileco de la baterio.
Unuvorte, la sekureca agado de la aĝa baterio multe malpliiĝos, kio grave endanĝerigos la sekurecon de la baterio.La plej ofta solvo estas ekipi la baterian energi-stokan sistemon per bateria mastruma sistemo (BMS).Ekzemple, la 8000 18650 kuirilaroj uzataj en Tesla Model S povas realigi realtempan monitoradon de diversaj fizikaj parametroj de la baterio, taksi la bateriouzostatuson kaj fari interretan diagnozon kaj fruan averton per sia baterio-administra sistemo.Samtempe, ĝi ankaŭ povas plenumi kontrolon de malŝarĝo kaj antaŭŝargo, administrado de ekvilibro de bateriaj kaj termika administrado.
Afiŝtempo: Dec-02-2022