Seguridade da batería de litio

As baterías de litio teñen as vantaxes da portabilidade e da carga rápida, entón por que seguen circulando no mercado as baterías de chumbo-ácido e outras baterías secundarias?
Ademais dos problemas de custo e dos diferentes campos de aplicación, outro motivo é a seguridade.
O litio é o metal máis activo do mundo.Debido a que as súas características químicas son demasiado activas, cando o metal de litio está exposto ao aire, terá unha reacción de oxidación feroz co osíxeno, polo que é propenso a explosión, combustión e outros fenómenos.Ademais, a reacción redox tamén se producirá dentro da batería de litio durante a carga e a descarga.A explosión e a combustión espontánea son causadas principalmente pola acumulación, difusión e liberación da batería de litio despois do quecemento.En resumo, as baterías de litio xerarán moita calor durante o proceso de carga e descarga, o que levará ao aumento da temperatura interna da batería e á temperatura desigual entre as baterías individuais, provocando así o rendemento inestable da batería.
Os comportamentos inseguros da batería de iones de litio térmicas (incluíndo sobrecarga e sobredescarga da batería, carga e descarga rápidas, curtocircuítos, condicións de abuso mecánico, choque térmico a alta temperatura, etc.) poden provocar reaccións secundarias perigosas dentro da batería e xerar calor. danando directamente a película pasiva no electrodo negativo e na superficie do electrodo positivo.
Hai moitas razóns para provocar accidentes de fuga térmica das baterías de ión de litio.Segundo as características do disparo, pódese dividir en desencadeamento de abuso mecánico, disparo de abuso eléctrico e disparo de abuso térmico.Abuso mecánico: refírese á acupuntura, extrusión e impacto de obxectos pesados ​​causados ​​pola colisión do vehículo;Abuso eléctrico: xeralmente causado por unha xestión inadecuada da tensión ou fallo dos compoñentes eléctricos, incluíndo curtocircuítos, sobrecarga e sobredescarga;Abuso de calor: causado por sobrequecemento causado por unha xestión inadecuada da temperatura.

Estes tres métodos de activación están interrelacionados.O abuso mecánico xeralmente provocará a deformación ou a rotura do diafragma da batería, o que provocará un contacto directo entre os polos positivo e negativo da batería e un curtocircuíto, producindo un abuso eléctrico;Non obstante, baixo a condición de abuso de electricidade, a xeración de calor, como a calor Joule, aumenta, o que fai que a temperatura da batería aumente, o que se converte en abuso de calor, desencadeando aínda máis a reacción secundaria de xeración de calor en cadea dentro da batería e, finalmente, levando á aparición. fuga de calor da batería.
A fuga térmica da batería é causada polo feito de que a taxa de xeración de calor da batería é moito maior que a taxa de disipación de calor, e a calor acumúlase en gran cantidade pero non se disipa no tempo.En esencia, a "fuga térmica" é un proceso de ciclo de retroalimentación de enerxía positiva: o aumento da temperatura fará que o sistema se quente, e a temperatura aumentará despois de que o sistema se quente, o que á súa vez fará que o sistema se quente.
O proceso de fuga térmica: cando a temperatura interna da batería aumenta, a película SEI na superficie da película SEI descompónse a altas temperaturas, o ión de litio incorporado no grafito reaccionará co electrólito e o aglutinante, aumentando aínda máis a temperatura da batería. a 150 ℃, e a esta temperatura producirase unha nova reacción exotérmica violenta.Cando a temperatura da batería supera os 200 ℃, o material do cátodo descompónse, liberando unha gran cantidade de calor e gas, e a batería comeza a abultarse e quentase continuamente.O ánodo incorporado de litio comezou a reaccionar co electrólito a 250-350 ℃.O material do cátodo cargado comeza a sufrir unha reacción de descomposición violenta e o electrólito sofre unha reacción de oxidación violenta, liberando unha gran cantidade de calor, xerando alta temperatura e unha gran cantidade de gas, causando combustión e explosión da batería.
O problema da precipitación de dendritas de litio durante a sobrecarga: despois de que a batería de cobalato de litio estea completamente cargada, unha gran cantidade de ións de litio permanece no electrodo positivo.É dicir, o cátodo non pode conter máis ións de litio unidos ao cátodo, pero no estado sobrecargado, o exceso de ións de litio no cátodo aínda vai nadando cara ao cátodo.Debido a que non poden estar completamente contidos, o litio metálico formarase no cátodo.Dado que este metal de litio é un cristal dendrítico, chámase dendrita.Se a dendrita é demasiado longa, é fácil perforar o diafragma, provocando un curtocircuíto interno.Como o principal compoñente do electrólito é o carbonato, o seu punto de ignición e punto de ebulición son baixos, polo que arderá ou mesmo explotará a alta temperatura.

Se se trata dunha batería de polímero de litio, o electrólito é coloidal, que é propenso a unha combustión máis violenta.Para resolver este problema, os científicos intentan substituír materiais de cátodo máis seguros.O material da batería de manganato de litio ten certas vantaxes.Pode garantir que o ión de litio do electrodo positivo poida estar completamente incrustado no burato de carbono do electrodo negativo no estado de carga completa, en lugar de ter certos residuos no electrodo positivo como cobalato de litio, o que en certa medida evita a xeración de dendritas.A estrutura estable do manganato de litio fai que o seu rendemento de oxidación sexa moito menor que o do cobalato de litio.Mesmo se hai un curtocircuíto externo (en lugar dun curtocircuíto interno), basicamente pode evitar a combustión e a explosión causada pola precipitación de metal de litio.O fosfato de ferro de litio ten maior estabilidade térmica e menor capacidade de oxidación do electrólito, polo que ten unha alta seguridade.
A atenuación do envellecemento da batería de iones de litio maniféstase pola atenuación da capacidade e o aumento da resistencia interna, e o seu mecanismo interno de atenuación do envellecemento inclúe a perda de materiais activos positivos e negativos e a perda de ións de litio dispoñibles.Cando o material do cátodo está envellecido e deteriorado e a capacidade do cátodo é insuficiente, é máis probable que se produza o risco de evolución de litio do cátodo.Baixo a condición de sobrecarga, o potencial do cátodo ao litio elevarase por riba dos 3 V, o que é superior ao potencial de disolución do cobre, provocando a disolución do colector de cobre.Os ións de cobre disoltos precipitarán na superficie do cátodo e formarán dendritas de cobre.As dendritas de cobre atravesarán o diafragma, provocando un curtocircuíto interno, o que afecta seriamente o rendemento de seguridade da batería.
Ademais, a resistencia á sobrecarga das baterías envellecidas diminuirá ata certo punto, principalmente debido ao aumento da resistencia interna e á diminución das substancias activas positivas e negativas, o que provocará un aumento da calor en joule durante o proceso de sobrecarga das baterías.Con menos sobrecarga, poden desencadearse reaccións secundarias, provocando a fuga térmica das baterías.En termos de estabilidade térmica, a evolución do litio do cátodo levará a un forte descenso da estabilidade térmica da batería.
Nunha palabra, o rendemento de seguridade da batería envellecida reducirase moito, o que porá en serio perigo a seguridade da batería.A solución máis común é equipar o sistema de almacenamento de enerxía da batería cun sistema de xestión da batería (BMS).Por exemplo, as baterías 8000 18650 utilizadas en Tesla Model S poden realizar un seguimento en tempo real de varios parámetros físicos da batería, avaliar o estado de uso da batería e realizar diagnósticos en liña e alertas temperás a través do seu sistema de xestión de baterías.Ao mesmo tempo, tamén pode realizar o control de descarga e precarga, a xestión do equilibrio da batería e a xestión térmica.