Lityum piller taşınabilirlik ve hızlı şarj olma avantajlarına sahiptir, peki neden kurşun-asit piller ve diğer ikincil piller piyasada hala dolaşmaktadır?
Maliyet ve farklı uygulama alanlarındaki problemlerin yanı sıra bir diğer sebep ise güvenliktir.
Lityum dünyadaki en aktif metaldir.Kimyasal özellikleri çok aktif olduğu için, lityum metal havaya maruz kaldığında oksijenle şiddetli bir oksidasyon reaksiyonuna sahip olacaktır, bu nedenle patlamaya, yanmaya ve diğer olaylara eğilimlidir.Ayrıca, şarj ve deşarj sırasında lityum pilin içinde de redoks reaksiyonu meydana gelecektir.Patlama ve kendiliğinden yanma esas olarak lityum pilin ısınmadan sonra birikmesi, dağılması ve salınmasından kaynaklanır.Kısacası, lityum piller, şarj etme ve boşaltma işlemi sırasında çok fazla ısı üretecek, bu da pilin iç sıcaklığının yükselmesine ve ayrı piller arasında eşit olmayan sıcaklığa yol açacak ve böylece pilin kararsız performansına neden olacaktır.
Termal kaçak lityum iyon pilin güvenli olmayan davranışları (pilin aşırı şarjı ve aşırı deşarjı, hızlı şarj ve deşarjı, kısa devre, mekanik kötüye kullanım koşulları, yüksek sıcaklıktaki termal şok vb. dahil), pilin içinde tehlikeli yan reaksiyonları tetikleme ve ısı üretme olasılığı yüksektir. negatif elektrot ve pozitif elektrot yüzeyindeki pasif filme doğrudan zarar verir.
Lityum iyon pillerin termal kaçak kazalarını tetiklemenin birçok nedeni vardır.Tetiklemenin özelliklerine göre, mekanik kötüye kullanma tetiklemesine, elektriksel kötüye kullanma tetiklemesine ve termal kötüye kullanma tetiklemesine ayrılabilir.Mekanik kötüye kullanım: araç çarpışmasının neden olduğu akupunktur, ekstrüzyon ve ağır nesne çarpmasını ifade eder;Elektrik kötüye kullanımı: genellikle kısa devre, aşırı şarj ve aşırı deşarj dahil olmak üzere yanlış voltaj yönetimi veya elektrikli bileşen arızasından kaynaklanır;Isı kötüye kullanımı: yanlış sıcaklık yönetiminin neden olduğu aşırı ısınmadan kaynaklanır.
Bu üç tetikleme yöntemi birbiriyle ilişkilidir.Mekanik kötüye kullanım genellikle pil diyaframının deformasyonuna veya yırtılmasına neden olur, bu da pilin artı ve eksi kutupları arasında doğrudan temas ve kısa devre ile sonuçlanarak elektriğin kötüye kullanılmasına neden olur;Bununla birlikte, elektriğin kötüye kullanılması durumunda, Joule ısısı gibi ısı üretimi artar, bu da pil sıcaklığının yükselmesine neden olur, bu da ısı kötüye kullanımına dönüşür, pil içindeki zincir tipi ısı üretimi yan reaksiyonunu daha da tetikler ve sonunda meydana gelmesine yol açar. pil ısı kaçak.
Batarya termal kaçak, bataryanın ısı üretme hızının ısı yayma hızından çok daha yüksek olmasından ve ısının büyük miktarda birikmesinden ancak zamanla dağılmamasından kaynaklanır.Özünde, "termal kaçak" bir pozitif enerji geri besleme döngüsü sürecidir: yükselen sıcaklık sistemin ısınmasına neden olur ve sistem ısındıktan sonra sıcaklık yükselir ve bu da sistemin daha da ısınmasına neden olur.
Termal kaçak süreci: pilin iç sıcaklığı yükseldiğinde, SEI filminin yüzeyindeki SEI filmi yüksek sıcaklıkta ayrışır, grafite gömülü lityum iyon elektrolit ve bağlayıcı ile reaksiyona girerek pil sıcaklığını daha da artırır 150 ℃ ve bu sıcaklıkta yeni bir şiddetli ekzotermik reaksiyon meydana gelecektir.Pil sıcaklığı 200 °C'nin üzerine çıktığında, katot malzemesi ayrışarak büyük miktarda ısı ve gaz açığa çıkarır ve pil şişmeye başlar ve sürekli olarak ısınır.Lityum gömülü anot, 250-350 ℃'de elektrolit ile reaksiyona girmeye başladı.Yüklü katot malzemesi şiddetli ayrışma reaksiyonuna girmeye başlar ve elektrolit şiddetli oksidasyon reaksiyonuna girerek büyük miktarda ısı açığa çıkarır, yüksek sıcaklık ve büyük miktarda gaz üreterek pilin yanmasına ve patlamasına neden olur.
Aşırı şarj sırasında lityum dendrit çökelmesi sorunu: Lityum kobalat pil tamamen şarj edildikten sonra, pozitif elektrotta büyük miktarda lityum iyonu kalır.Yani katot, katoda bağlı daha fazla lityum iyonu tutamaz, ancak aşırı yüklenmiş durumda, katot üzerindeki fazla lityum iyonları yine de katoda yüzecektir.Tam olarak muhafaza edilemedikleri için katot üzerinde metal lityum oluşacaktır.Bu metal lityum dendritik bir kristal olduğu için dendrit olarak adlandırılır.Dendrit çok uzunsa diyaframı delmek kolaydır ve dahili kısa devreye neden olur.Elektrolitin ana bileşeni karbonat olduğu için tutuşma noktası ve kaynama noktası düşüktür bu nedenle yüksek sıcaklıkta yanar hatta patlar.
Bir polimer lityum pil ise, elektrolit koloidaldir ve daha şiddetli yanmaya eğilimlidir.Bu sorunu çözmek için bilim adamları daha güvenli katot malzemelerinin yerini almaya çalışıyorlar.Lityum manganat pil malzemesinin belirli avantajları vardır.Pozitif elektrotun lityum iyonunun, pozitif elektrotta lityum kobalat gibi bazı kalıntılara sahip olmak yerine, tam şarj durumu altında negatif elektrotun karbon deliğine tamamen gömülebilmesini sağlayabilir, bu da bir dereceye kadar oluşmasını önler. dendritler.Lityum manganat kararlı yapısı, oksidasyon performansını lityum kobalatınkinden çok daha düşük yapar.Harici bir kısa devre (dahili kısa devre yerine) olsa bile, temel olarak lityum metal çökelmesinin neden olduğu yanma ve patlamayı önleyebilir.Lityum demir fosfat, elektrolitin daha yüksek termal kararlılığına ve daha düşük oksidasyon kapasitesine sahiptir, bu nedenle yüksek güvenliğe sahiptir.
Lityum iyon pilin yaşlanma zayıflaması, kapasite zayıflaması ve iç direnç artışı ile kendini gösterir ve dahili yaşlanma zayıflama mekanizması, pozitif ve negatif aktif malzemelerin kaybını ve mevcut lityum iyonlarının kaybını içerir.Katot malzemesi eskidiğinde ve bozulduğunda ve katodun kapasitesi yetersiz olduğunda, katottan lityum çıkma riski daha yüksektir.Aşırı deşarj koşulu altında, katodun lityum potansiyeli, bakırın çözünme potansiyelinden daha yüksek olan 3V'un üzerine çıkarak bakır toplayıcının çözünmesine neden olur.Çözünmüş bakır iyonları katot yüzeyinde çökelecek ve bakır dendritleri oluşturacaktır.Bakır dendritler diyaframdan geçerek pilin güvenlik performansını ciddi şekilde etkileyen dahili kısa devreye neden olur.
Ayrıca, eskiyen pillerin aşırı şarj direnci, esas olarak iç direncin artması ve pozitif ve negatif aktif maddelerin azalması nedeniyle bir dereceye kadar azalacak ve bu da pillerin aşırı şarj işlemi sırasında joule ısısının artmasına neden olacaktır.Daha az aşırı şarj altında, yan reaksiyonlar tetiklenebilir ve bu da pillerin ısıl kaçmasına neden olabilir.Termal kararlılık açısından, katottan lityum çıkışı, pilin termal kararlılığında keskin bir düşüşe yol açacaktır.
Tek kelimeyle, eskimiş pilin güvenlik performansı büyük ölçüde düşecek ve bu da pilin güvenliğini ciddi şekilde tehlikeye atacaktır.En yaygın çözüm, pil enerji depolama sistemini bir pil yönetim sistemi (BMS) ile donatmaktır.Örneğin, Tesla Model S'de kullanılan 8000 18650 pil, pilin çeşitli fiziksel parametrelerinin gerçek zamanlı olarak izlenmesini gerçekleştirebilir, pil kullanım durumunu değerlendirebilir ve pil yönetim sistemi sayesinde çevrimiçi teşhis ve erken uyarı yapabilir.Aynı zamanda deşarj ve ön şarj kontrolü, akü denge yönetimi ve termal yönetimi de gerçekleştirebilir.
Gönderim zamanı: Aralık-02-2022