ຄວາມປອດໄພຂອງຫມໍ້ໄຟ Lithium

ແບດເຕີລີ່ Lithium ມີຂໍ້ດີຂອງການພົກພາແລະການສາກໄຟໄວ, ດັ່ງນັ້ນເປັນຫຍັງແບດເຕີຣີອາຊິດນໍາແລະແບດເຕີລີ່ຮອງອື່ນໆຍັງແຜ່ລາມຢູ່ໃນຕະຫຼາດ?
ນອກເຫນືອໄປຈາກບັນຫາຂອງຄ່າໃຊ້ຈ່າຍແລະຂົງເຂດຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຫດຜົນອື່ນແມ່ນຄວາມປອດໄພ.
Lithium ແມ່ນໂລຫະທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຫຼາຍທີ່ສຸດໃນໂລກ.ເນື່ອງຈາກວ່າຄຸນລັກສະນະທາງເຄມີຂອງມັນມີການເຄື່ອນໄຫວເກີນໄປ, ເມື່ອໂລຫະ lithium ຖືກສໍາຜັດກັບອາກາດ, ມັນຈະມີປະຕິກິລິຍາອອກຊີເຈນທີ່ຮຸນແຮງກັບອົກຊີເຈນ, ດັ່ງນັ້ນມັນມັກຈະເກີດການລະເບີດ, ການເຜົາໃຫມ້ແລະປະກົດການອື່ນໆ.ນອກຈາກນັ້ນ, ປະຕິກິລິຍາ redox ຍັງຈະເກີດຂື້ນພາຍໃນຫມໍ້ໄຟ lithium ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟແລະການໄຫຼອອກ.ການລະເບີດແລະການເຜົາໃຫມ້ spontaneous ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນເກີດມາຈາກການສະສົມ, ການແຜ່ກະຈາຍແລະການປ່ອຍແບດເຕີລີ່ lithium ຫຼັງຈາກຄວາມຮ້ອນ.ໃນສັ້ນ, ແບດເຕີລີ່ lithium ຈະສ້າງຄວາມຮ້ອນຫຼາຍໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟແລະການປົດປ່ອຍ, ເຊິ່ງຈະນໍາໄປສູ່ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງອຸນຫະພູມພາຍໃນຂອງແບດເຕີລີ່ແລະອຸນຫະພູມທີ່ບໍ່ສະເຫມີກັນລະຫວ່າງແບດເຕີລີ່ແຕ່ລະອັນ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດການປະຕິບັດທີ່ບໍ່ສະຖຽນລະພາບຂອງແບດເຕີລີ່.
ພຶດຕິກໍາທີ່ບໍ່ປອດໄພຂອງແບດເຕີລີ່ lithium-ion ທີ່ມີຄວາມຮ້ອນ (ລວມທັງການສາກໄຟແບດເຕີຣີ້ເກີນແລະການໄຫຼເກີນ, ການສາກໄຟຢ່າງໄວວາແລະການໄຫຼ, ວົງຈອນສັ້ນ, ສະພາບທາງກົນຈັກ, ການຊ໊ອກຄວາມຮ້ອນຂອງອຸນຫະພູມສູງ, ແລະອື່ນໆ) ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ເກີດປະຕິກິລິຍາຂ້າງຄຽງທີ່ເປັນອັນຕະລາຍພາຍໃນຫມໍ້ໄຟແລະເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມຮ້ອນ, ຄວາມເສຍຫາຍໂດຍກົງຂອງຮູບເງົາຕົວຕັ້ງຕົວຕີໃນ electrode ລົບແລະດ້ານ electrode ໃນທາງບວກ.
ມີເຫດຜົນຫຼາຍຢ່າງທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດອຸປະຕິເຫດທາງຄວາມຮ້ອນຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium ion.ອີງຕາມຄຸນລັກສະນະຂອງການກະຕຸ້ນ, ມັນສາມາດແບ່ງອອກເປັນການກະຕຸ້ນການລ່ວງລະເມີດກົນຈັກ, ການເກີດການລ່ວງລະເມີດໄຟຟ້າແລະການເກີດການລ່ວງລະເມີດຄວາມຮ້ອນ.ການລ່ວງລະເມີດກົນຈັກ: ຫມາຍເຖິງການຝັງເຂັມ, extrusion ແລະຜົນກະທົບຂອງວັດຖຸຫນັກທີ່ເກີດຈາກການ collision ຍານພາຫະນະ;ການລ່ວງລະເມີດໄຟຟ້າ: ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນເກີດມາຈາກການຄຸ້ມຄອງແຮງດັນທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງຫຼືຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງອົງປະກອບໄຟຟ້າ, ລວມທັງວົງຈອນສັ້ນ, overcharge ແລະ overdischarge;ການລ່ວງລະເມີດຄວາມຮ້ອນ: ເກີດຈາກຄວາມຮ້ອນເກີນທີ່ເກີດຈາກການຈັດການອຸນຫະພູມທີ່ບໍ່ເຫມາະສົມ.

ສາມວິທີການກະຕຸ້ນເຫຼົ່ານີ້ມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງກັນ.ການລ່ວງລະເມີດທາງດ້ານກົນຈັກໂດຍທົ່ວໄປຈະເຮັດໃຫ້ການຜິດປົກກະຕິຫຼືແຕກຫັກຂອງ diaphragm ຫມໍ້ໄຟ, ເຮັດໃຫ້ເກີດການຕິດຕໍ່ໂດຍກົງລະຫວ່າງຂົ້ວບວກແລະລົບຂອງຫມໍ້ໄຟແລະວົງຈອນສັ້ນ, ເຮັດໃຫ້ເກີດການລ່ວງລະເມີດໄຟຟ້າ;ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ພາຍໃຕ້ສະພາບຂອງການໃຊ້ໄຟຟ້າ, ການຜະລິດຄວາມຮ້ອນເຊັ່ນ: ຄວາມຮ້ອນ Joule ເພີ່ມຂຶ້ນ, ເຮັດໃຫ້ອຸນຫະພູມຫມໍ້ໄຟເພີ່ມຂຶ້ນ, ເຊິ່ງພັດທະນາໄປສູ່ການລ່ວງລະເມີດຄວາມຮ້ອນ, ເຮັດໃຫ້ເກີດປະຕິກິລິຍາດ້ານການຜະລິດຄວາມຮ້ອນຂອງລະບົບຕ່ອງໂສ້ໃນແບດເຕີລີ່, ແລະສຸດທ້າຍກໍ່ນໍາໄປສູ່ການເກີດຂື້ນ. ຂອງ​ຄວາມ​ຮ້ອນ​ຂອງ​ຫມໍ້​ໄຟ runaway​.
ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນຂອງແບດເຕີຣີແມ່ນເກີດມາຈາກຄວາມຈິງທີ່ວ່າອັດຕາການຜະລິດຄວາມຮ້ອນຂອງແບດເຕີຣີແມ່ນສູງກວ່າອັດຕາການລະບາຍຄວາມຮ້ອນຫຼາຍ, ແລະຄວາມຮ້ອນໄດ້ຖືກສະສົມເປັນຈໍານວນຫຼວງຫຼາຍແຕ່ບໍ່ກະແຈກກະຈາຍຕາມເວລາ.ໂດຍເນື້ອແທ້ແລ້ວ, "ການລະບາຍຄວາມຮ້ອນ" ແມ່ນຂະບວນການຂອງວົງຈອນການຕອບໂຕ້ພະລັງງານໃນທາງບວກ: ອຸນຫະພູມທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຈະເຮັດໃຫ້ລະບົບຮ້ອນ, ແລະອຸນຫະພູມຈະເພີ່ມຂຶ້ນຫຼັງຈາກລະບົບຮ້ອນ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ລະບົບຮ້ອນຂຶ້ນ.
ຂະບວນການລະບາຍຄວາມຮ້ອນ: ເມື່ອອຸນຫະພູມພາຍໃນຂອງແບດເຕີລີ່ສູງຂຶ້ນ, ຟິມ SEI ທີ່ຢູ່ດ້ານຂອງຟິມ SEI ຈະເສື່ອມໂຊມພາຍໃຕ້ອຸນຫະພູມສູງ, lithium ion ທີ່ຝັງຢູ່ໃນ graphite ຈະປະຕິກິລິຍາກັບ electrolyte ແລະ binder, ຊຸກຍູ້ໃຫ້ອຸນຫະພູມຫມໍ້ໄຟສູງຂຶ້ນ. ເຖິງ 150 ℃​, ແລະ​ຕິ​ກິ​ຣິ​ຍາ exothermic ທີ່​ຮຸນ​ແຮງ​ໃຫມ່​ຈະ​ເກີດ​ຂຶ້ນ​ໃນ​ອຸນ​ຫະ​ພູມ​ນີ້​.ເມື່ອອຸນຫະພູມຂອງຫມໍ້ໄຟສູງເຖິງ 200 ℃, ວັດສະດຸ cathode decomposes, ປ່ອຍຄວາມຮ້ອນແລະອາຍແກັສເປັນຈໍານວນຫຼວງຫຼາຍ, ແລະຫມໍ້ໄຟເລີ່ມຕົ້ນທີ່ຈະ bulge ແລະສືບຕໍ່ຮ້ອນຂຶ້ນ.anode ຝັງ lithium ເລີ່ມ react ກັບ electrolyte ທີ່ 250-350 ℃.ອຸປະກອນການ cathode ຄິດຄ່າເລີ່ມຕົ້ນທີ່ຈະ undergo ປະຕິກິລິຢາ decomposition ຮຸນແຮງ, ແລະ electrolyte ໄດ້ undergos ປະຕິກິລິຍາການຜຸພັງທີ່ຮຸນແຮງ, ປ່ອຍຄວາມຮ້ອນຈໍານວນຫຼວງຫຼາຍ, ສ້າງອຸນຫະພູມສູງແລະຈໍານວນອາຍແກັສຂະຫນາດໃຫຍ່, ເຮັດໃຫ້ເກີດການເຜົາໃຫມ້ແລະການລະເບີດຂອງຫມໍ້ໄຟ.
ບັນຫາຂອງຝົນຂອງ lithium dendrite ໃນລະຫວ່າງການສາກເກີນ: ຫຼັງຈາກຫມໍ້ໄຟ lithium cobalate ຖືກສາກເຕັມແລ້ວ, ຈໍານວນຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງ lithium ions ຍັງຄົງຢູ່ໃນ electrode ບວກ.ນັ້ນແມ່ນ, cathode ບໍ່ສາມາດຖື lithium ions ເພີ່ມເຕີມທີ່ຕິດກັບ cathode, ແຕ່ໃນສະພາບ overcharged, lithium ions ເກີນຢູ່ໃນ cathode ຍັງຈະລອຍໄປຫາ cathode.ເນື່ອງຈາກວ່າພວກມັນບໍ່ສາມາດບັນຈຸໄດ້ຢ່າງເຕັມສ່ວນ, lithium ໂລຫະຈະປະກອບຢູ່ໃນ cathode.ເນື່ອງຈາກ lithium ໂລຫະນີ້ແມ່ນໄປເຊຍກັນ dendritic, ມັນຖືກເອີ້ນວ່າ dendrite.ຖ້າ dendrite ຍາວເກີນໄປ, ມັນງ່າຍທີ່ຈະເຈາະ diaphragm, ເຮັດໃຫ້ວົງຈອນສັ້ນພາຍໃນ.ເນື່ອງຈາກອົງປະກອບຕົ້ນຕໍຂອງ electrolyte ແມ່ນຄາບອນ, ຈຸດໄຟໄຫມ້ແລະຈຸດຕົ້ມຂອງມັນຕ່ໍາ, ດັ່ງນັ້ນມັນຈະເຜົາໄຫມ້ຫຼືແມ້ກະທັ້ງລະເບີດຢູ່ໃນອຸນຫະພູມສູງ.

ຖ້າມັນເປັນຫມໍ້ໄຟ lithium polymer, electrolyte ແມ່ນ colloidal, ເຊິ່ງມີຄວາມສ່ຽງຕໍ່ການເຜົາໃຫມ້ທີ່ຮຸນແຮງກວ່າ.ເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫານີ້, ນັກວິທະຍາສາດພະຍາຍາມທົດແທນວັດສະດຸ cathode ທີ່ປອດໄພກວ່າ.ວັດສະດຸຂອງຫມໍ້ໄຟ lithium manganate ມີຂໍ້ດີທີ່ແນ່ນອນ.ມັນສາມາດຮັບປະກັນວ່າ lithium ion ຂອງ electrode ບວກສາມາດຖືກຝັງເຂົ້າໄປໃນຮູກາກບອນຂອງ electrode ລົບພາຍໃຕ້ສະພາບຂອງການສາກໄຟເຕັມ, ແທນທີ່ຈະມີສານຕົກຄ້າງທີ່ແນ່ນອນຢູ່ໃນ electrode ບວກເຊັ່ນ lithium cobalate, ເຊິ່ງໃນຂອບເຂດໃດຫນຶ່ງຫລີກລ້ຽງການຜະລິດຂອງ. dendrites.ໂຄງສ້າງທີ່ຫມັ້ນຄົງຂອງ lithium manganate ເຮັດໃຫ້ປະສິດທິພາບການຜຸພັງຂອງມັນຕ່ໍາກວ່າຂອງ lithium cobalate.ເຖິງແມ່ນວ່າຈະມີວົງຈອນສັ້ນພາຍນອກ (ແທນທີ່ຈະເປັນວົງຈອນສັ້ນພາຍໃນ), ມັນພື້ນຖານສາມາດຫຼີກເວັ້ນການເຜົາໃຫມ້ແລະການລະເບີດທີ່ເກີດຈາກການ precipitation ໂລຫະ lithium.Lithium iron phosphate ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງດ້ານຄວາມຮ້ອນທີ່ສູງຂຶ້ນແລະຄວາມສາມາດໃນການຜຸພັງຂອງ electrolyte ຕ່ໍາ, ດັ່ງນັ້ນມັນມີຄວາມປອດໄພສູງ.
ການຫຼຸດຜ່ອນອາຍຸຂອງແບດເຕີລີ່ lithium ion ແມ່ນສະແດງອອກໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມອາດສາມາດແລະຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນເພີ່ມຂຶ້ນ, ແລະກົນໄກການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມສູງອາຍຸພາຍໃນຂອງມັນປະກອບມີການສູນເສຍວັດສະດຸທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວໃນທາງບວກແລະທາງລົບແລະການສູນເສຍຂອງ lithium ion ທີ່ມີຢູ່.ເມື່ອວັດສະດຸ cathode ມີອາຍຸແລະເສື່ອມໂຊມ, ແລະຄວາມອາດສາມາດຂອງ cathode ບໍ່ພຽງພໍ, ຄວາມສ່ຽງຕໍ່ການວິວັດທະນາການຂອງ lithium ຈາກ cathode ແມ່ນມັກຈະເກີດຂຶ້ນ.ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂຂອງການໄຫຼເກີນ, ທ່າແຮງຂອງ cathode ກັບ lithium ຈະເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງຂ້າງເທິງ 3V, ເຊິ່ງສູງກວ່າທ່າແຮງການລະລາຍຂອງທອງແດງ, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດການລະລາຍຂອງຕົວເກັບທອງແດງ.ion ທອງແດງທີ່ລະລາຍຈະ precipitate ເທິງຫນ້າ cathode ແລະປະກອບເປັນ dendrites ທອງແດງ.dendrites ທອງແດງຈະຜ່ານ diaphragm, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດວົງຈອນສັ້ນພາຍໃນ, ເຊິ່ງມີຜົນກະທົບຢ່າງຫນັກຕໍ່ການປະຕິບັດຄວາມປອດໄພຂອງຫມໍ້ໄຟ.
ນອກຈາກນັ້ນ, ຄວາມຕ້ານທານ overcharge ຂອງແບດເຕີລີ່ຜູ້ສູງອາຍຸຈະຫຼຸດລົງໃນລະດັບໃດຫນຶ່ງ, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຍ້ອນການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນແລະການຫຼຸດລົງຂອງສານເຄື່ອນໄຫວໃນທາງບວກແລະທາງລົບ, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດການເພີ່ມຂື້ນຂອງຄວາມຮ້ອນ joule ໃນຂະບວນການ overcharging ຂອງຫມໍ້ໄຟ.ພາຍໃຕ້ການສາກໄຟໜ້ອຍລົງ, ປະຕິກິລິຍາຂ້າງຄຽງອາດຈະຖືກກະຕຸ້ນ, ເຊິ່ງກໍ່ໃຫ້ເກີດຄວາມຮ້ອນຂອງແບັດເຕີຣີ.ໃນແງ່ຂອງຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຄວາມຮ້ອນ, ການວິວັດທະນາການ lithium ຈາກ cathode ຈະນໍາໄປສູ່ການຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຄວາມຮ້ອນຂອງຫມໍ້ໄຟ.
ໃນຄໍາສັບຕ່າງໆ, ປະສິດທິພາບຄວາມປອດໄພຂອງຫມໍ້ໄຟທີ່ມີອາຍຸຈະຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຊິ່ງຈະເປັນອັນຕະລາຍຢ່າງຮ້າຍແຮງຕໍ່ຄວາມປອດໄພຂອງຫມໍ້ໄຟ.ການ​ແກ້​ໄຂ​ທົ່ວ​ໄປ​ທີ່​ສຸດ​ແມ່ນ​ການ​ຈັດ​ໃຫ້​ລະ​ບົບ​ການ​ເກັບ​ຮັກ​ສາ​ພະ​ລັງ​ງານ​ຫມໍ້​ໄຟ​ທີ່​ມີ​ລະ​ບົບ​ການ​ຄຸ້ມ​ຄອງ​ຫມໍ້​ໄຟ (BMS​)​.ຕົວຢ່າງ, ແບດເຕີຣີ້ 8000 18650 ທີ່ໃຊ້ໃນ Tesla Model S ສາມາດຮັບຮູ້ເວລາທີ່ແທ້ຈິງຂອງການກວດສອບຕົວກໍານົດການທາງດ້ານຮ່າງກາຍຂອງແບດເຕີລີ່, ປະເມີນສະຖານະການນໍາໃຊ້ຫມໍ້ໄຟ, ແລະດໍາເນີນການວິນິດໄສອອນໄລນ໌ແລະການເຕືອນໄພລ່ວງຫນ້າໂດຍຜ່ານລະບົບການຄຸ້ມຄອງຫມໍ້ໄຟຂອງມັນ.ໃນເວລາດຽວກັນ, ມັນຍັງສາມາດປະຕິບັດການຄວບຄຸມການໄຫຼແລະກ່ອນການສາກໄຟ, ການຄຸ້ມຄອງຄວາມດຸ່ນດ່ຽງຫມໍ້ໄຟແລະການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນ.