Исследование температурного диапазона литий-ионных батарей

Температура как критический фактор оказывает большое влияние на характеристики литий-ионных батарей, а также ограничивает использование литий-ионных батарей. Фактически, разные температурные условия способствуют различным неблагоприятным воздействиям. Для правильного управления батареями критически важно и важно точное измерение температуры внутри литий-ионных батарей и понимание температурных эффектов. Литий-ионные аккумуляторы - это современная технология производства аккумуляторов, и в ближайшем будущем они будут продолжать развиваться. Огромный рынок ждет, когда компания выпустит аккумулятор, который превзойдет литий-ионный по безопасности и производительности.

В этом исследовании обсуждается влияние температуры на литий-ионные батареи в диапазоне низких и высоких температур.

Какова безопасная рабочая температура для литий-ионного аккумулятора?

Безопасная рабочая температура для ионно-литиевых батарей, при которой их можно использовать, составляет от 10 ° C до 55 ° C, тогда как зарядка ионно-литиевых аккумуляторов должна выполняться при температуре от 5 ° C до 45 ° C.

«Вред» литиевой батареи распределяется по многомерному континууму, в зависимости от того, насколько далеко отклонения выходят за установленные пределы и как долго, а также от того, разряжается она или перезаряжается, поскольку это противоположные химические реакции.

Некоторые химические составы батарей более снисходительны, чем рекомендуемые пределы для некоторых экскурсий. Другие, такие как литий, гораздо менее терпимы, но из-за их гораздо более высокой плотности энергии промышленность продолжает использовать литиевые батареи.

Термический побег представляет собой реальный риск для лития - это то, что происходит, когда люди говорят о «взрывах» литиевых батарей, взрывающихся не столько от летящей наружу шрапнели, сколько от чрезвычайно теплого ожога, который может быстро воспламенить другие находящиеся поблизости материалы . Риск существует до тех пор, пока не будет достигнута точка, когда продолжительное «тление» при высоких температурах раскаленной добела, которые еще не горят, также может воспламенить окружающие материалы. Подобные вещи, среди других инцидентов с литием, привели к сбоям самолетов, загруженных литий-ионными батареями в их грузовых отсеках.

Так что да, не более 45 ° C считается идеальным пределом для лития во время подзарядки, возможно, 50 ° C во время разрядки, но многие исследователи заметили, что некоторые из более новых устройств с большими литиевыми аккумуляторами (например, Tesla Powerwall, менее привлекательные и обычно используется для коммерческих и промышленных применений) с заманчивой емкостью 50 ° C и даже 55 ° C, что на самом деле пугает живые электроны.

Аналогичным образом, обычно не рекомендуется использовать его при температуре ниже 0 ° C, особенно при загрузке. В это холодное время он разряжается, внутреннее сопротивление самой батареи несколько нагревает батарею, что полезно.

Тем не менее, зарядка должна производиться только при температуре аккумулятора от + 5 ° C до + 45 ° C. Принимая во внимание, что диапазон температур хранения батарей соответствует комнатной температуре, и для обеспечения отсутствия повышающей нагрузки за пределами этого диапазона используется датчик батареи, который помогает указать пределы.

При какой температуре взрываются литий-ионные аккумуляторы?

Обычно литий-ионные батареи работают при повышенной температуре, но длительное воздействие тепла может разрушить батарею. Температура, при которой взрываются литий-ионные батареи, составляет 1000 ° F, то есть 538 ° C.

Почему взрываются литий-ионные батареи?

Литий-ионный аккумулятор обычно взрывается из-за производственного брака, но основная проблема заключается в том, что литий-ионные аккумуляторы содержат много энергии в компактном корпусе - вот почему они используются практически во всем, от устройств до электромобилей Tesla.

Литий-ионная батарея имеет плотность энергии примерно 160 ватт-часов на килограмм (Втч / кг), что примерно вдвое больше, чем у свежей щелочной батареи или перезаряжаемой никель-кадмиевой батареи. Для выработки этой энергии он основан на трех основных компонентах: отрицательно заряженном катоде из оксида металла, положительно заряженном аноде из графита и жидком электролите, растворителе, содержащем соли лития, который позволяет электрическому заряду проходить между двумя полюсами. .

Катод и анод необходимо физически разделить, как нужно разделить двух нарушителей спокойствия в школьном классе. С проницаемым полиэтиленовым сепаратором, который может быть толщиной всего 10 микрон, литий-ионные батареи делают это. Когда батареи улучшаются, и дизайнеры стремятся втиснуть больше энергии в меньший корпус, тонкий пластиковый разделитель облагается налогом до предела.

Таким образом, сепаратор действительно стал тонким, и в этом случае батарея становится более уязвимой, и, таким образом, сепаратор ломается. Что в результате вызывает короткое замыкание при поломке сепаратора, что инициирует процесс, называемый термическим прогоном. По словам Авраама, это один из основных способов возникновения пожаров. Химические вещества внутри батареи начинают нагреваться, что приводит к дальнейшему разложению сепаратора. Наконец, батарея может нагреваться до температуры более 1000 ° F. В этот момент при воздействии кислорода воздуха горючий электролит может воспламениться или даже взорваться (батарея взорвется).

Станут ли эти катастрофические отказы концом литий-ионной батареи, хотя они могут быть редкостью? Но в то же время безопасность - это проблема, конструкция батареи - это лишь один из множества факторов, и за счет улучшения многих других факторов, таких как плотность мощности, срок службы батареи и эффективность зарядки, литий-ионные батареи все еще могут использоваться и будут продолжает использовать новейшие технологии в области аккумуляторов.

Влияет ли тепло на литий-ионные батареи?

Да, тепло влияет на литий-ионные батареи, поскольку тепло - злейший враг аккумуляторов.

Хотя при высоких температурах литий-ионный работает хорошо, но чрезмерное тепловое воздействие ограничивает его долговечность. Генерация газа может заряжаться и разряжаться при повышенных температурах, что может привести к переполнению цилиндрической ячейки и разбуханию мешочной ячейки. Загрузка при температуре выше 50 ° C (122 ° F) запрещена многими зарядными устройствами.

Некоторые блоки на основе лития временно охлаждаются при высоких температурах. Это относится к батареям в хирургических инструментах, которые стерилизуются в процессе автоклавирования при 137 ° C (280 ° F) в течение до 20 минут. При бурении нефтяных и газовых скважин батарея также подвергается воздействию высоких температур в процессе гидроразрыва пласта.

Заключение

Таким образом, можно сделать вывод, что температура является ключевым фактором, влияющим на динамическую эффективность литий-ионного аккумулятора, и играет важную роль для длительного срока службы литий-ионного аккумулятора при правильном использовании. Целью данного исследования было изучить влияние температуры на динамические характеристики литий-ионных аккумуляторов. Также обнаружено, что в условиях высоких температур несоответствие между батареями может ухудшиться из-за увеличения разницы температур и напряжений.