Lityum batareýalarynyň göterijilik we çalt zarýad bermek artykmaçlyklary bar, näme üçin gurşun-kislotaly batareýalar we beýleki ikinji batareýalar henizem bazarda aýlanýar?
Bahanyň we dürli amaly meýdanlaryň problemalaryna goşmaça, başga bir sebäp howpsuzlyk.
Lityum dünýädäki iň işjeň metaldyr.Himiki aýratynlyklary gaty işjeň bolany üçin, litiý metal howada täsir edende, kislorod bilen güýçli okislenme reaksiýasyna eýe bolar, şonuň üçin partlamaga, ýanmaga we beýleki hadysalara ýykgyn edýär.Mundan başga-da, zarýad berlende we zarýad berlende litiý batareýasynyň içinde redoks reaksiýasy hem ýüze çykar.Partlama we öz-özünden ýanmak, esasan, gyzdyrylandan soň litiý batareýasynyň toplanmagy, ýaýramagy we çykmagy bilen ýüze çykýar.Gysgaça aýdylanda, litiý batareýalary zarýad bermek we zarýad bermek prosesinde köp ýylylyk döreder, bu batareýanyň içki temperaturasynyň ýokarlanmagyna we aýry batareýalaryň arasynda deň bolmadyk temperaturanyň ýokarlanmagyna getirer, şeýlelik bilen batareýanyň durnuksyz işlemegine sebäp bolar.
Malylylyk gaçýan litiý-ion batareýasynyň howpsuz däl hereketleri (batareýanyň aşa güýçlendirilmegi we aşa köp zarýad berilmegi, çalt zarýad berilmegi we zarýad berilmegi, gysga utgaşma, mehaniki hyýanatçylykly ýagdaýlar, ýokary temperatura ýylylyk zarbasy we ş.m.) batareýanyň içindäki howply täsirleri döredip, ýylylyk döredip biler, otrisatel elektrodyň we polo positiveitel elektrodyň üstündäki passiw filme gönüden-göni zeper ýetirýär.
Lityum ion batareýalarynyň ýylylyk gaçmagy hadysalarynyň döremeginiň köp sebäbi bar.Tüweleýiň aýratynlyklaryna görä, ony mehaniki hyýanatçylykly hereketlere, elektrik togundan we termiki hyýanatçylykly hereketlere bölmek bolar.Mehaniki hyýanatçylyk: ulagyň çaknyşmagy netijesinde ýüze çykýan akupunktura, ekstruziýa we agyr obýekt täsirine degişlidir;Elektrik togundan hyýanatçylykly peýdalanmak: adatça naprýatageeniýeniň nädogry dolandyrylmagy ýa-da elektrik komponentiniň näsazlygy, şol sanda gysga utgaşma, artykmaç zarýad we aşa köp zarýad bermek sebäpli ýüze çykýar;Atylylykdan hyýanatçylykly peýdalanmak: temperaturanyň nädogry dolandyrylmagy sebäpli dörän gyzgynlyk sebäpli ýüze çykýar.
Bu üç itergi usuly biri-biri bilen baglanyşyklydyr.Mehaniki hyýanatçylyk, adatça batareýanyň diafragmasynyň deformasiýasyna ýa-da ýarylmagyna sebäp bolar, netijede batareýanyň polo positiveitel we otrisatel polýuslary bilen gysga utgaşmanyň arasynda göni aragatnaşyk saklanar we elektrik togunyň bozulmagyna sebäp bolar;Şeýle-de bolsa, elektrik togundan hyýanatçylykly peýdalanmak şertinde, Joule ýylylygy ýaly ýylylyk öndürilmegi ýokarlanýar, batareýanyň temperaturasynyň ýokarlanmagyna sebäp bolýar, bu bolsa ýylylyk hyýanatçylygyna öwrülýär we batareýanyň içindäki zynjyr görnüşli ýylylyk öndüriji reaksiýany hasam güýçlendirýär we ahyrsoňy ýüze çykmagyna sebäp bolýar. batareýanyň ýylylyk gaçmagy.
Batareýanyň ýylylyk gaçmagy, batareýanyň ýylylyk öndüriş tizliginiň ýylylygyň ýaýramagyndan has ýokary bolmagy we ýylylyk köp mukdarda ýygnanmagy, ýöne wagtynda ýaýramazlygy bilen ýüze çykýar.Aslynda, “termiki gaçmak” polo positiveitel energiýa sesleniş siklidir: temperaturanyň ýokarlanmagy ulgamyň gyzmagyna sebäp bolar we ulgam gyzandan soň temperatura ýokarlanar, bu bolsa öz gezeginde ulgamy has gyzdyrar.
Malylylyk gaçmagy prosesi: batareýanyň içki temperaturasy ýokarlananda, SEI filminiň üstündäki SEI filmi ýokary temperaturada çüýrär, grafitde ýerleşdirilen litiý iony elektrolit we baglaýjy bilen täsir eder we batareýanyň temperaturasyny hasam ýokarlandyrar. 150 to çenli we bu temperaturada täze zorlukly ekzotermiki reaksiýa ýüze çykar.Batareýanyň temperaturasy 200 above-dan ýokary bolanda, katod materialy çüýräp, köp mukdarda ýylylygy we gazy bölüp çykarýar we batareýa köpelip başlaýar we üznüksiz gyzýar.Içine goýlan litiý 250-350 at elektrolit bilen reaksiýa berip başlady.Zarýad berlen katod materialy güýçli dargamak reaksiýasyna başlaýar we elektrolit güýçli okislenme reaksiýasyny başdan geçirýär, köp mukdarda ýylylygy bölüp çykarýar, ýokary temperatura we köp mukdarda gaz döredýär, batareýanyň ýanmagyna we partlamagyna sebäp bolýar.
Artykmaç zarýad berlende litiý dendrit ýagyşynyň meselesi: Lite kobalat batareýasy doly zarýad alandan soň, köp mukdarda litiý ionlary polo positiveitel elektrodda galýar..Agny, katodda has köp litiý ionlaryny saklap bilmeýär, ýöne aşa güýçlendirilen ýagdaýynda katoddaky artykmaç litiý ionlary henizem katoda ýüzer.Olary doly saklap bilmeýändigi sebäpli katodda metal litiý emele geler.Bu metal litiý dendrit kristaly bolany üçin, oňa dendrit diýilýär.Dendrit gaty uzyn bolsa, içerki gysga utgaşmanyň döremegine sebäp bolup, diafragmany deşmek aňsat.Elektrolitiň esasy düzüm bölegi karbonat bolany üçin, onuň ot alýan nokady we gaýnadýan nokady pes, şonuň üçin ýokary temperaturada ýanar ýa-da partlar.
Eger polimer litiý batareýasy bolsa, elektrolit kolloid bolup, has güýçli ýanmaga meýilli.Bu meseläni çözmek üçin alymlar has ygtybarly katod materiallaryny çalyşmaga synanyşýarlar.Lityum marganat batareýasynyň materialynyň käbir artykmaçlyklary bar.Pozitiw elektrodyň litiý ionynyň doly zarýad ýagdaýynda otrisatel elektrodyň uglerod çukuryna doly ornaşdyrylmagyny üpjün edip biler, litiý kobalat ýaly polo positiveitel elektrodda belli bir galyndylaryň bolmagynyň deregine belli bir derejede emele gelmezligi mümkin. dendritler.Lityum marganatyň durnukly gurluşy, okislenme öndürijiligini litiý kobalatdan has pes edýär.Daşarky gysga utgaşma bar bolsa-da (içerki gysga utgaşma däl), esasan litiý metalyň ýagmagy sebäpli ýanmakdan we partlamadan gaça durup biler.Lityum demir fosfat ýokary ýylylyk durnuklylygyna we elektrolitiň pes okislenme ukybyna eýe, şonuň üçin ýokary howpsuzlyga eýe.
Lityum ion batareýasynyň garramagy, kuwwatyň peselmegi we içerki garşylygyň ýokarlanmagy bilen ýüze çykýar we içerki garramak mehanizmi polo positiveitel we otrisatel işjeň materiallaryň ýitmegini we bar bolan litiý ionlarynyň ýitmegini öz içine alýar.Katod materialy garry we çüýrän we katodyň kuwwaty ýeterlik däl bolanda, katoddan litiýiň ewolýusiýa howpy has ýokary bolup biler.Artykmaç çykaryş şertinde katodyň litiý potensialy 3V-den ýokary bolar, bu misiň eremek mümkinçiliginden has ýokary bolup, mis kollektorynyň dargamagyna sebäp bolar.Eredilen mis ionlary katodyň üstünde çöker we mis dendritleri emele getirer.Mis dendritleri, batareýanyň howpsuzlygyna düýpli täsir edýän içerki gysga utgaşmanyň döremegine sebäp bolup, diafragmadan geçer.
Mundan başga-da, garry batareýalaryň artykmaç zarýady belli bir derejede peseler, esasan içerki garşylygyň ýokarlanmagy we polo positiveitel we otrisatel işjeň maddalaryň azalmagy, batareýalaryň aşa köp zarýad beriş prosesinde joul ýylylygynyň ýokarlanmagyna sebäp bolar.Has az zarýad berlende, batareýalaryň ýylylyk gaçmagyna sebäp bolup biljek gapdal reaksiýalar ýüze çykyp biler.Malylylyk durnuklylygy nukdaýnazaryndan katoddan litiý ewolýusiýasy batareýanyň ýylylyk durnuklylygynyň düýpgöter peselmegine getirer.
Bir söz bilen aýdylanda, garry batareýanyň howpsuzlyk öndürijiligi ep-esli peseler, bu bolsa batareýanyň howpsuzlygyna çynlakaý howp salýar.Iň ýaýran çözgüt, batareýanyň energiýa saklaýyş ulgamyny batareýany dolandyryş ulgamy (BMS) bilen enjamlaşdyrmakdyr.Mysal üçin, Tesla Model S-de ulanylýan 8000 18650 batareýa batareýanyň dürli fiziki parametrlerine hakyky wagtda gözegçilik edip biler, batareýanyň ulanylyşyna baha berip biler we batareýany dolandyryş ulgamy arkaly onlaýn diagnoz we irki duýduryş geçirip biler.Şol bir wagtyň özünde, zarýad we deslapky zarýad gözegçiligini, batareýanyň deňagramlylygyny we ýylylyk dolandyryşyny hem ýerine ýetirip biler.
Iş wagty: Dekabr-02-2022