Litija akumulatoriem ir pārnēsājamības un ātras uzlādes priekšrocības, tad kāpēc svina-skābes akumulatori un citi sekundārie akumulatori joprojām cirkulē tirgū?
Papildus izmaksu problēmām un dažādām pielietojuma jomām, vēl viens iemesls ir drošība.
Litijs ir aktīvākais metāls pasaulē.Tā kā tā ķīmiskās īpašības ir pārāk aktīvas, litija metāls tiek pakļauts gaisam, tam būs spēcīga oksidēšanās reakcija ar skābekli, tāpēc tas ir pakļauts eksplozijai, degšanai un citām parādībām.Turklāt redoksreakcija notiks arī litija akumulatora iekšpusē uzlādes un izlādes laikā.Sprādzienu un spontānu aizdegšanos galvenokārt izraisa litija akumulatora uzkrāšanās, difūzija un atbrīvošanās pēc karsēšanas.Īsāk sakot, litija akumulatori uzlādes un izlādes procesā radīs daudz siltuma, kas izraisīs akumulatora iekšējās temperatūras paaugstināšanos un nevienmērīgu temperatūru starp atsevišķiem akumulatoriem, tādējādi radot nestabilu akumulatora darbību.
Termiski izplūstoša litija jonu akumulatora nedroša darbība (tostarp akumulatora pārlādēšana un pārmērīga izlāde, ātra uzlāde un izlāde, īssavienojums, mehāniskas ļaunprātīgas izmantošanas apstākļi, augstas temperatūras termiskais trieciens utt.) var izraisīt bīstamas blakusreakcijas akumulatora iekšpusē un radīt siltumu, tieši bojājot pasīvo plēvi uz negatīvā elektroda un pozitīvā elektroda virsmas.
Ir daudz iemeslu, kas izraisa litija jonu akumulatoru termiskās avārijas.Atbilstoši palaišanas īpašībām to var iedalīt mehāniskās ļaunprātīgas izmantošanas iedarbināšanā, elektriskās ļaunprātīgas izmantošanas iedarbināšanā un termiskās ļaunprātīgas izmantošanas iedarbināšanā.Mehāniska ļaunprātīga izmantošana: attiecas uz akupunktūru, izspiešanu un smagu priekšmetu triecienu, ko izraisa transportlīdzekļa sadursme;Ļaunprātīga elektrības izmantošana: parasti izraisa nepareiza sprieguma pārvaldība vai elektrisko komponentu atteice, tostarp īssavienojums, pārlādēšana un pārslodze;Siltuma ļaunprātīga izmantošana: izraisa pārkaršana, ko izraisa nepareiza temperatūras pārvaldība.
Šīs trīs iedarbināšanas metodes ir savstarpēji saistītas.Mehāniska ļaunprātīga izmantošana parasti izraisa akumulatora diafragmas deformāciju vai pārrāvumu, kā rezultātā rodas tiešs kontakts starp akumulatora pozitīvo un negatīvo polu un īssavienojumu, kā rezultātā rodas elektriska ļaunprātīga izmantošana;Tomēr elektroenerģijas ļaunprātīgas izmantošanas gadījumā palielinās siltuma veidošanās, piemēram, džoula siltums, izraisot akumulatora temperatūras paaugstināšanos, kas pārvēršas par karstuma ļaunprātīgu izmantošanu, vēl vairāk izraisot ķēdes veida siltuma ģenerēšanas sānu reakciju akumulatorā un visbeidzot izraisot šo notikumu. akumulatora siltuma bēgšana.
Akumulatora termisko noplūdi izraisa fakts, ka akumulatora siltuma ģenerēšanas ātrums ir daudz lielāks nekā siltuma izkliedes ātrums, un siltums tiek uzkrāts lielā daudzumā, bet tas netiek izkliedēts laikā.Būtībā "termiskā bēgšana" ir pozitīvas enerģijas atgriezeniskās saites cikla process: temperatūras paaugstināšanās izraisīs sistēmas sakaršanu, un temperatūra paaugstināsies pēc tam, kad sistēma kļūs karstāka, kas savukārt padarīs sistēmu karstāku.
Termiskās bēgšanas process: kad akumulatora iekšējā temperatūra paaugstinās, SEI plēve uz SEI plēves virsmas augstā temperatūrā sadalās, grafītā iestrādātais litija jons reaģēs ar elektrolītu un saistvielu, vēl vairāk paaugstinot akumulatora temperatūru. līdz 150 ℃, un šajā temperatūrā notiks jauna vardarbīga eksotermiska reakcija.Kad akumulatora temperatūra sasniedz virs 200 ℃, katoda materiāls sadalās, izdalot lielu daudzumu siltuma un gāzes, un akumulators sāk izspiesties un nepārtraukti uzkarst.Litija iegultais anods sāka reaģēt ar elektrolītu 250-350 ℃ temperatūrā.Uzlādētajā katoda materiālā sākas spēcīga sadalīšanās reakcija, un elektrolīts tiek pakļauts spēcīgai oksidācijas reakcijai, izdalot lielu daudzumu siltuma, radot augstu temperatūru un lielu gāzes daudzumu, izraisot akumulatora aizdegšanos un eksploziju.
Litija dendrīta nogulsnēšanās problēma pārlādēšanas laikā: pēc tam, kad litija kobalāta akumulators ir pilnībā uzlādēts, pozitīvajā elektrodā paliek liels litija jonu daudzums.Tas nozīmē, ka katods nevar saturēt vairāk litija jonu, kas pievienoti katodam, bet pārlādētā stāvoklī katoda litija jonu pārpalikums joprojām peldēs uz katodu.Tā kā tos nevar pilnībā saturēt, uz katoda veidosies metāla litijs.Tā kā šis metāla litijs ir dendrīta kristāls, to sauc par dendrītu.Ja dendrīts ir pārāk garš, ir viegli caurdurt diafragmu, izraisot iekšēju īssavienojumu.Tā kā elektrolīta galvenā sastāvdaļa ir karbonāts, tā aizdegšanās un viršanas temperatūra ir zema, tāpēc augstā temperatūrā tas sadegs vai pat eksplodēs.
Ja tas ir litija polimēra akumulators, elektrolīts ir koloidāls, kas ir pakļauts vardarbīgākai sadegšanai.Lai atrisinātu šo problēmu, zinātnieki cenšas aizstāt drošākus katoda materiālus.Litija manganāta akumulatora materiālam ir noteiktas priekšrocības.Tas var nodrošināt, ka pozitīvā elektroda litija jonu var pilnībā iegult negatīvā elektroda oglekļa caurumā pilna lādiņa stāvoklī, tā vietā, lai pozitīvajā elektrodā būtu noteiktas atliekas, piemēram, litija kobalāts, kas zināmā mērā novērš elektroda rašanos. dendriti.Litija manganāta stabilā struktūra padara tā oksidācijas veiktspēju daudz zemāku nekā litija kobalātam.Pat ja ir ārējs īssavienojums (nevis iekšējais īssavienojums), tas būtībā var izvairīties no degšanas un sprādziena, ko izraisa litija metāla nokrišņi.Litija dzelzs fosfātam ir augstāka termiskā stabilitāte un zemāka elektrolīta oksidācijas spēja, tāpēc tam ir augsta drošība.
Litija jonu akumulatora novecošanās vājināšanās izpaužas kā jaudas samazināšanās un iekšējās pretestības palielināšanās, un tā iekšējā novecošanās vājināšanās mehānisms ietver pozitīvo un negatīvo aktīvo materiālu zudumu un pieejamo litija jonu zudumu.Ja katoda materiāls ir novecojis un sabojājies, un katoda kapacitāte ir nepietiekama, pastāv lielāka iespēja, ka no katoda izdalīsies litijs.Pārmērīgas izlādes gadījumā katoda potenciāls pret litiju paaugstināsies virs 3 V, kas ir augstāks par vara šķīšanas potenciālu, izraisot vara kolektora izšķīšanu.Izšķīdušie vara joni nogulsnēs uz katoda virsmas un veidos vara dendrītus.Vara dendriti izies cauri diafragmai, izraisot iekšēju īssavienojumu, kas nopietni ietekmē akumulatora drošību.
Turklāt novecojošu akumulatoru pārlādēšanas pretestība zināmā mērā samazināsies galvenokārt iekšējās pretestības palielināšanās un pozitīvo un negatīvo aktīvo vielu samazināšanās dēļ, kā rezultātā palielināsies džoulu siltums akumulatoru pārlādēšanas procesā.Ja ir mazāka pārlādēšana, var tikt izraisītas blakusparādības, izraisot akumulatoru termisku izsīkšanu.Termiskās stabilitātes ziņā litija izdalīšanās no katoda izraisīs strauju akumulatora termiskās stabilitātes samazināšanos.
Vārdu sakot, novecojušā akumulatora drošības rādītāji tiks ievērojami samazināti, kas nopietni apdraudēs akumulatora drošību.Visizplatītākais risinājums ir aprīkot akumulatora enerģijas uzkrāšanas sistēmu ar akumulatoru vadības sistēmu (BMS).Piemēram, 8000 18650 akumulatori, ko izmanto Tesla Model S, var realizēt dažādu akumulatora fizisko parametru reāllaika uzraudzību, novērtēt akumulatora lietošanas statusu un veikt tiešsaistes diagnostiku un agrīnu brīdināšanu, izmantojot akumulatora pārvaldības sistēmu.Tajā pašā laikā tas var arī veikt izlādes un pirms uzlādes kontroli, akumulatora bilances pārvaldību un siltuma vadību.
Izsūtīšanas laiks: Dec-02-2022