Безпека та рішення для літієвих блоків живлення

На додаток до високої ціни, малого запасу ходу та недостатньої інфраструктури заряджання та комутації, безпека іонно-літієвого блоку живлення є головною проблемою для клієнтів і експертів під час розробки нових транспортних засобів з енергією. Ця проблема також впливає на підвищення енергії іонно-літієвого блоку живлення. Ключем до забезпечення безпеки літій-іонної батареї Power Ups є створення стійких до короткого замикання, перезаряду, перегріву, горіння та негорючих електролітів.

Ⅰ. Механізм небезпечної поведінки іонно-літієвої блоку живлення

1. На додаток до регулярних подій зарядки та розрядки, іонно-літієвий блок живлення містить кілька можливих екзотермічних побічних реакцій. Ці екзотермічні побічні реакції легко ініціюються, коли температура літій-іонної батареї або напруга заряджання занадто висока.

2. Серед важливих побічних ефектів перегріву літій-іонної батареї: при температурах понад 130 °C покриття SEI розкладається, спричиняючи розпад електроліту та виділення значної кількості тепла на відкритій поверхні катода з активованим вугіллям. Тим часом температура літій-іонного акумулятора підвищується. Це джерело перегріву батареї.

3. Екзотермічний термічний пробій зарядженого стану позитивного електрода разом із подальшим розкладанням електроліту під дією активного кисню збільшив накопичення тепла всередині літій-іонної батареї Ups, сприяючи виходу тепла.

4. Термічна деградація електроліту призводить до екзотермічного розкладання електроліту, що призводить до швидшого підвищення температури батареї, так що зв’язувальний літій-іонний акумулятор ups реагує з високореактивним негативним електродом. Реакція між LixC6 і PVDF починається приблизно при 240 °C, з піковою температурою 290 °C і теплотою реакції 1500 Дж/г. Окислювальна деградація органічного електроліту та утворення органічного газу з малими молекулами, що призводить до підвищення внутрішнього тиску й температури батареї, є ключовими побічними реакціями перезаряду.

5. Коли швидкість виділення тепла в результаті екзотермічної побічної реакції перевищує швидкість розсіювання тепла іонно-літієвого блоку живлення, внутрішня температура батареї швидко підвищується та переходить у стан неконтрольованого самонагрівання, який називається термічним розбігом, що призводить до розриву батареї. горіння. Чим повільніше розсіювання тепла, тим більша тепловіддача товщої та більшої батареї, і тим більша ймовірність виникнення проблем із безпекою.

Ⅱ. Фактори, які спричиняють небезпечну роботу іонно-літієвого блоку живлення

Наведені нижче три обставини є найпоширенішими причинами коротких замикань:

1) електропровідний пил на поверхні діафрагми іонно-літієвої блоку живлення, зміщення позитивного та негативного електродів, задирки на електродах, нерівномірний розподіл електроліту та інші фактори процесу;

2) металеві домішки в матеріалі;

3) низькотемпературне заряджання, заряджання великим струмом, надто швидке зниження продуктивності негативного електрода, що призводить до випадання літію на поверхні негативного електрода, вібрації або зіткнення та інших процесів застосування.

Існують інші проблеми з надмірним заряджанням, зокрема локальне надмірне заряджання іонно-літієвого блоку живлення, спричинене заряджанням великим струмом, локальне надмірне заряджання, спричинене нерівномірним покриттям електрода та розподілом електроліту, а також фактори надмірного заряджання, такі як швидке погіршення роботи позитивного електрода.

Ⅲ. Заходи безпеки під час комерціалізації іонно-літієвих блоків живлення

З огляду на безпеку іонно-літієвого блоку живлення, оскільки термічний розпад матеріалу катода є лише частиною термічної реакції, залізофосфатний літій-іонний акумулятор не є повністю безпечним з теоретичної точки зору. Слід бути обережними з акумуляторами великої ємності, які встановлюються в автомобілях.

По-друге, через ймовірність виявлення батареї не можна гарантувати повну безпеку навіть іонно-літієвого блоку живлення, який пройшов перевірку безпеки. Батареї, які заряджалися при низькій температурі, а також акумуляторні модулі та блоки мають бути перевірені на безпечність після встановленої кількості тижнів циклів повного заряджання та розряджання.

Крім того, виробники намагаються підтримувати температуру навколишнього середовища іонно-літієвого блоку живлення в діапазоні 2045°C, наскільки це можливо, під час використання блоку живлення, що не тільки покращує термін служби батареї та надійність, але й запобігає короткому замиканню ланцюг і проблеми високотемпературного теплового витоку, спричинені низькотемпературним осадженням літію.