బ్యాటరీ వేడి ఎందుకు అదుపు తప్పుతుంది? షార్ట్ సర్క్యూట్ కి అదే కారణమా?

రచయిత: ఐఫ్లోపవర్ – పోర్టబుల్ పవర్ స్టేషన్ సరఫరాదారు

శక్తి కంటే ఎక్కువ శక్తి కలిగిన లిథియం బ్యాటరీ నేడు బ్యాటరీ పరిశ్రమకు ప్రియమైనది, అయితే, శక్తి ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, భద్రత కూడా భిన్నంగా ఉంటుంది. బ్యాటరీ వైఫల్య విధానం కూడా చాలా క్లిష్టంగా ఉంటుంది. బ్యాటరీ యొక్క థర్మల్ అవుట్-కంట్రోల్ మెకానిజంను అధ్యయనం చేస్తున్నప్పుడు, కాథోడ్‌లు, ఆనోడ్‌లు, డయాఫ్రమ్‌లు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌లు వంటి ఒకే బ్యాటరీ మాడ్యూల్‌కు ఉష్ణ ప్రతిస్పందనను ప్రజలు గతంలో విశ్లేషించగలిగారు.

ఉదాహరణకు, డయాఫ్రమ్ సంకోచం లేదా అసంపూర్ణంగా మూసివేయడం వలన కరెంట్ సాంద్రత పెరుగుతుంది, ఫలితంగా స్థానికంగా వేడెక్కడం జరుగుతుంది లేదా బ్యాటరీ యొక్క థర్మల్ నియంత్రణ కోల్పోయేలా చేస్తుంది. అందువల్ల, అధిక ఉష్ణ స్థిరీకరణ డయాఫ్రాగమ్ తయారీ బ్యాటరీ భద్రతను మెరుగుపరచడానికి ఒక మార్గం. అయితే, సమస్య ఏమిటంటే, అధిక జ్వరంతో కూడిన డయాఫ్రాగమ్ బ్యాటరీ యొక్క భద్రతా సమస్యను ఎలా పరిష్కరిస్తుంది? నేటి అత్యంత డిమాండ్ ఉన్న పూర్తి ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ (సాంప్రదాయ డయాఫ్రాగమ్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌ను భర్తీ చేసే ఘన సిరామిక్ మరియు పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్), ఇది బ్యాటరీ భద్రతను పూర్తిగా తగ్గించగలదా? ఇటీవల, క్వింగ్వా విశ్వవిద్యాలయ ఔయాంగ్ మింగ్ టె బృందం పవర్ లిథియం బ్యాటరీ యొక్క భద్రతా రూపకల్పన ఒకే పదార్థం యొక్క భద్రతను మెరుగుపరచడానికి మాత్రమే కాకుండా, సిస్టమ్ స్థాయి నుండి ప్రారంభించాలని ఎత్తి చూపింది.

రచయిత బ్యాటరీ స్థాయి మరియు పదార్థ స్థాయి యొక్క అంశాలను పరిగణనలోకి తీసుకుంటారు మరియు పవర్ లిథియం బ్యాటరీ యొక్క థర్మల్ అవుట్-కంట్రోల్ మెకానిజంను అధ్యయనం చేస్తారు. ఈ అధ్యయనం గ్రాఫైట్‌ను ఆనోడ్‌గా, సింగిల్ క్రిస్టల్ పొర Li0.5Mn0 పై ఆధారపడి ఉంటుంది.

3CO0.2O2 (NMC532) అనేది డయాఫ్రాగమ్‌గా PET / సిరామిక్ నాన్‌వోవెన్ ఫాబ్రిక్ యొక్క 25aH-రకం పవర్ లిథియం బ్యాటరీ. ఆనోడ్ లేనప్పుడు, క్రియాశీల స్థితి ఉన్నప్పుడు కాథోడ్ వాయువు, నిర్మాణాత్మక (దశ) పరివర్తన మరియు ఉష్ణ ఉత్పత్తిని రచయితలు విశ్లేషిస్తారు మరియు కాథోడ్‌ను విశ్లేషిస్తారు.

కాథోడ్ విడుదల O2 ఒక ఆనోడ్‌తో చర్య జరపగలిగితే, అది తీవ్రమైన సంభావ్య భద్రతా సమస్యగా మారుతుందని ప్రతిపాదించబడింది! డిజైన్ భద్రతా యంత్రాంగం ప్రయోగం యొక్క రెండు భాగాల ద్వారా, రచయిత మొదట మొత్తం బ్యాటరీ యొక్క ఆర్క్ పరీక్షను నిర్వహిస్తారు, తరువాత బ్యాటరీ యొక్క వివిధ భాగాలను నిర్వహిస్తారు. వాటిలో, EV-ARC పరీక్ష బ్యాటరీ యొక్క మొత్తం థర్మల్ అవుట్-ఆఫ్-కంట్రోల్ ప్రక్రియను నమోదు చేస్తుంది మరియు బ్యాటరీ యొక్క ఉష్ణ నష్టం ఉష్ణోగ్రత పొర యొక్క ఉష్ణ సంకోచ ఉష్ణోగ్రత కంటే కూడా తక్కువగా ఉందని కనుగొనబడింది, ఇది బ్యాటరీ పాసేజ్ వైఫల్యం కారణంగా సంభవించలేదని సూచిస్తుంది. పెద్ద ప్రాంతంలో షార్ట్ సర్క్యూట్.

అంతర్గత షార్ట్ సర్క్యూట్ విషయంలో థర్మల్ నియంత్రణలో లేకుండా ఇది మొదటి నివేదిక. నిర్దిష్ట ఉష్ణ-వాహక విధానాలను అధ్యయనం చేయడానికి, బ్యాటరీ వివిధ భాగాల ఉష్ణ ప్రవాహాన్ని (కాథోడ్, ఆనోడ్, ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు వాటి కలయిక) విశ్లేషించడానికి బృందం DSC సాంకేతికతను ఉపయోగిస్తుంది; తాపన మరియు ఉష్ణ కుళ్ళిపోయే సమయంలో కాథోడ్‌ను నిర్ణయించడానికి ఆన్‌లైన్ అధిక ఉష్ణోగ్రత XRD సాంకేతికతను ఉపయోగిస్తుంది. ఇంకా, రచయిత సింక్రోనస్ థర్మల్ అనాలిసిస్ టెక్నాలజీ (DSC-TG) మరియు మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీ (MS), వేడిని గుర్తించడం, బరువు తగ్గడం మరియు వాయువు విడుదల ప్రక్రియను ఉపయోగిస్తారు. ఈ తీర్మానాన్ని మరింత ధృవీకరించడానికి, రచయిత 206 ¡ã C లో ద్రవ నత్రజనిని త్వరగా స్తంభింపజేస్తారు, SEM, ICP-OES మరియు XPS పరీక్షలు, SEM, ICP-OES మరియు XPS పరీక్షలు వంటి తదుపరి పరీక్షల శ్రేణిని నిర్వహిస్తారు.

చిత్రం 1 పవర్ లిథియం బ్యాటరీ యొక్క ప్రాథమిక లక్షణాలు: a. ప్రసరణ పనితీరు మరియు కురున్ సామర్థ్యం; బి. అల్ట్రా-రేట్ పనితీరు పవర్ లిథియం బ్యాటరీ మంచి సైకిల్ పనితీరు మరియు మాగ్నిఫికేషన్ పనితీరును ప్రదర్శిస్తుంది.

మొదటి వారం డిశ్చార్జ్ సామర్థ్యం 25.04ah, 292 వారాల తర్వాత కూడా 24.08ah, మరియు సామర్థ్య నిలుపుదల రేటు 96% వరకు ఉంది.

4C వద్ద కూడా, ఇప్పటికీ 21.5ah సామర్థ్యం ఉంది. చిత్రం 2 EV + ARC ఉపయోగించి పవర్ లిథియం బ్యాటరీ యొక్క థర్మల్ నియంత్రణలో లేకపోవడాన్ని కొలవడం.

చిన్న చిత్రం ఏమిటంటే ఆటోపైలట్ దశ (0-105సె) రచయితలు పవర్ లిథియం బ్యాటరీ యొక్క థర్మల్ నియంత్రణలో లేకపోవడాన్ని పర్యవేక్షించడానికి EV + ARCని ఉపయోగిస్తారు. T1 అనేది స్వీయ-తాపన యొక్క ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత, T2 అనేది ఉష్ణ నియంత్రణ లేని ఉష్ణోగ్రత (TR), T3 అనేది అత్యధిక ఉష్ణోగ్రత. T1 115.

2 ¡ã C. ఈ ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల ప్రక్రియలో పరికరం యొక్క ఖచ్చితమైన రికార్డు (T1→T2) రసాయన వైపు ప్రతిచర్య. మొదట, యానోడ్ యొక్క SEI ఫిల్మ్ కుళ్ళిపోవడం వలన బహిర్గతమైన యానోడ్ ఆనోడ్ ఎలక్ట్రోలైట్‌కు కొత్త SEI ఫిల్మ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది మరియు వేడి కూడా వేడి అవుతుంది; SEI నిరంతరం పునరావృతమవుతుంది, ఫలితంగా ఆనోడ్ ఉపరితల కార్బోనేట్ భాగం యొక్క అకర్బన భాగాలు అదృశ్యమవుతాయి మరియు పెరుగుతాయి; సైడ్ రియాక్షన్ సంభవిస్తుంది, దీని వలన ఉష్ణ నష్టం ఉష్ణోగ్రత TR (T2 = 231 ¡ã C) వరకు ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది.

ఈ సమయంలో, బ్యాటరీ ఉష్ణోగ్రత సూచిక పెరుగుతోంది మరియు ఎక్సోథర్మిక్ ప్రతిచర్య చాలా తీవ్రంగా ఉంటుంది. బ్యాటరీ పెద్ద మొత్తంలో పొగను విడుదల చేస్తుంది; అదనంగా, బ్యాటరీ యొక్క వాల్యూమ్ విస్తరణ చాలా స్పష్టంగా ఉంటుంది, ఇది ఈ ప్రక్రియ యొక్క ఎక్సోథర్మిక్ సైడ్ రియాక్షన్ వాయువు వల్ల సంభవిస్తుందని రుజువు చేస్తుంది. T2 కి చేరుకున్న తర్వాత, బ్యాటరీ ఉష్ణోగ్రత కొన్ని సెకన్లలోనే ఉంటుంది, అత్యధిక విలువ T3 ని సాధించడానికి వేగంగా 815 ¡ã C కి పెరుగుతుంది.

ఫిగర్ 325AHSC-NMC532 / గ్రాఫైట్ థర్మల్ అవుట్-ఆఫ్-కంట్రోల్ క్యారెక్టరైజేషన్ A. ఉష్ణ నష్టం రేటు, ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల రేటు, బ్యాటరీ వోల్టేజ్ మరియు అంతర్గత నిరోధకత మరియు సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత మధ్య సంబంధం; B. ఉష్ణ నష్టం జరగడానికి ముందు, అంతర్గత నిరోధకత సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత మార్పును అనుసరిస్తుంది (చిత్రంలో భాగం). థర్మల్ నియంత్రణలో లేనప్పుడు, బ్యాటరీ వోల్టేజ్ సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రతలతో మారుతుంది, బ్యాటరీ యొక్క అంతర్గత ప్రతిచర్య యొక్క మరింత సమగ్ర అధ్యయనంగా మారుతుంది.

రచయితలను పరీక్షించినప్పుడు, వోల్టేజ్ మరియు అంతర్గత నిరోధకత యొక్క నిజ-సమయ మార్పులు నమోదు చేయబడతాయి. Figure 3A లో, ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల రేటు యొక్క మలుపు 160 ¡ã C తర్వాత సంభవించిన తర్వాత, T1 (115.2 ¡ã C), ఇది SEI యొక్క పునరావృత నిర్మాణం మరియు LiPF6 కుళ్ళిపోవడానికి సంబంధించినది, ఈ ప్రక్రియ వేడి మరియు వాయువు ఉత్పత్తిని వేగవంతం చేస్తుంది.

వోల్టేజ్ మార్పు థర్మల్ నియంత్రణలో లేదని (T2 = 231 ¡ã C) చూపిస్తుంది, వోల్టేజ్ 2.0V కంటే ఎక్కువగా నిర్వహించబడుతుంది, ఇది షార్ట్ సర్క్యూట్ లేదని రుజువు చేస్తుంది. బ్యాటరీ అంతర్గత నిరోధకతలో మార్పులు నాలుగు దశలుగా విభజించబడ్డాయి: దశ I ( <145 ¡ã C), the internal resistance is slow to 22.

1M. తక్కువ ఆధారపడటం; దశ II (145175 ¡ã C), అంతర్గత నిరోధకత 22.1మీ→143.

3మీ. బ్యాటరీ బ్యాగ్ 145 ¡ã C వద్ద విరిగిపోతుంది, ఇది ఎలక్ట్రోలైట్ దాడిని వేగవంతం చేస్తుంది, దీనివల్ల అంతర్గత నిరోధకత పెరుగుతుంది; కాథోడ్ ఇంపెడెన్స్ పెరుగుదల బ్యాటరీ యొక్క అంతర్గత నిరోధకతను కూడా పెంచుతుంది; యానోడ్ ఉపరితల SEi కుళ్ళిపోవడం వల్ల కొత్త అకర్బన భాగాలు పెరుగుతాయి, అయాన్ వాహకత తగ్గుతుంది, ఫలితంగా బ్యాటరీ అంతర్గత నిరోధకత పెరుగుతుంది; దశ III (180231 ¡ã C), అంతర్గత నిరోధకత 143.3 మీ.→56.

5మీ. ఉష్ణ నష్టం జరగడానికి ముందు, పరివర్తన లోహం కరిగిపోవడం మరియు లిథియం ఉప్పు కుళ్ళిపోవడం వల్ల అంతర్గత నిరోధకత తగ్గుతుందని తరువాత నిర్ధారించబడుతుంది; దశ IV (> 231 ¡ã C), అంతర్గత నిరోధకత 56.5 మీ.→1011.

2మీ. వేడి నష్టం తర్వాత, బ్యాటరీ కాలిపోతుంది, వోల్టేజ్ కొన్ని సెకన్లలో వేగంగా పడిపోతుంది మరియు అంతర్గత నిరోధకత వేగంగా 1011.2 మీటర్లకు పెరుగుతుంది.

ఈ సమయంలో, డయాఫ్రాగమ్ విచ్ఛిన్నమవుతుంది, బ్యాటరీ పూర్తిగా విఫలమైంది. చిత్రం 4PET-సిరామిక్ నాన్-నేసిన సీలింగ్ నిర్మాణం మరియు ఉష్ణ స్థిరత్వం: ఉష్ణ స్థిరత్వ పరీక్ష తర్వాత PET-సిరామిక్ నాన్-నేసిన బట్టలు (గది ఉష్ణోగ్రత 450 ¡ã C), SEM స్కాన్, గది ఉష్ణోగ్రత మరియు 450 ¡ã C పదనిర్మాణం మరియు మూలకాల మ్యాపింగ్ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 500 ¡ã C తర్వాత, డయాఫ్రాగమ్ యొక్క DSC ఉష్ణ ప్రవాహం మరియు TGA బరువు తగ్గడం పోయింది, ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల రేటు 10 ¡ã C / min; PET-సిరామిక్ నాన్-నేసిన ఫాబ్రిక్ డయాఫ్రాగమ్, Al2O3 యొక్క విస్తరించిన SEM ఫోటో యొక్క ఉదాహరణ; క్రాస్-సెక్షనల్ వీక్షణ, Al2O3 కణాలు సాంప్రదాయ PP, PE డయాఫ్రాగమ్‌లో చుట్టబడిన PET నాన్-నేసిన ఫాబ్రిక్ ఫైబర్‌లు అద్భుతమైన ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని చూపించాయి. చిత్రం 4A లో చూపిన విధంగా, 230 ¡ã C వద్ద 30 నిమిషాలు, చాలా తక్కువ ఉష్ణ సంకోచం మాత్రమే జరుగుతుంది (1.

2%). చిత్రం 4Bలో చూపిన విధంగా, PET 257 ¡ã C వద్ద ఉష్ణ బదిలీతో మరియు 432 ¡ã C వద్ద క్షీణతతో కూడిన బరువుతో కరుగుతుంది. Figure 4C యొక్క SEM నాన్-నేసిన PET నానోఫైబర్‌లు సిరామిక్ కణాలలో పొందుపరచబడి ఉన్నాయని సూచిస్తుంది, సిరామిక్ కణాల యొక్క ద్విపార్శ్వ పూత కాదు.

చిత్రం 4C విభాగం SEM డయాఫ్రాగమ్ 19 అని సూచిస్తుంది.5μM చిత్రం 5 DSC ద్వారా ఛార్జ్ స్టేట్ బ్యాటరీ యొక్క ప్రతి భాగం యొక్క ఉష్ణ-వాహక పరిస్థితులను పరీక్షించండి: a. విద్యుద్విశ్లేషణ ద్రావణం ఉన్నప్పుడు, చార్జ్ ఎలక్ట్రోడ్ (Ce); b.

ఎలక్ట్రోలైట్ సమక్షంలో, ఛార్జ్ ఎలక్ట్రోడ్. ఒక ఆనోడ్; CA కాథోడ్; ELE ఎలక్ట్రోలైట్; CE ఛార్జర్ ఎలక్ట్రోడ్ మూర్తి 5a కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్ కాథోడ్ యొక్క ఉష్ణ ఉత్పత్తి మరియు ఆనోడ్ సహజీవనం కంటే చాలా తక్కువగా ఉన్నాయని సూచిస్తుంది; ఎలక్ట్రోలైట్ ఉనికి లేదా లేకపోవడం గణనీయమైన ప్రభావం లేదని మూర్తి 5B చూపిస్తుంది. అందువల్ల, ఎలక్ట్రోలైట్ ఉందా లేదా అనే దానితో సంబంధం లేకుండా, కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్‌లను కలిపితే, చాలా వేడి ఉంటుంది.

కాథోడ్ ఆనోడ్ మధ్య పరస్పర ఉపయోగం ఉందని, ఇది రసాయన ప్రతిచర్య కావచ్చునని రచయిత ఊహిస్తున్నారు. చిత్రం 6 చార్జ్ కాథోడ్ పదార్థం యొక్క నిర్మాణ పరివర్తన, ఉష్ణ ఉత్పత్తి మరియు O2 విడుదల: a. అధిక ఉష్ణోగ్రత XRDB.

వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, అధిక ఉష్ణోగ్రత, డైథోడియం NMC స్థిరంగా లేనప్పుడు, నిర్మాణాత్మక పరివర్తన O2 విడుదలతో పాటు ఉన్నప్పుడు DSC మరియు TGA-MS వ్యవస్థ యొక్క ఆన్-సైట్ వేడి మరియు విడుదలను కొలుస్తారు. O2 మరియు ఆనోడ్ మధ్య పరస్పర ఉపయోగం విడుదల కావడమే ఉష్ణ నియంత్రణ కోల్పోవడానికి కారణమని రచయిత ఊహిస్తున్నారు. 350 ¡ã C వద్ద లేయర్డ్ స్ట్రక్చర్ నుండి స్పినెల్ స్ట్రక్చర్ కు 350 ¡ã C వరకు పరివర్తనను NMC 532 మార్చడం ప్రారంభిస్తుందని చిత్రం 6A చూపిస్తుంది.

చిత్రం 6B వేడి DSC వక్రతల అధ్యయనం మరియు O2 విడుదల యొక్క MS వక్రత నిర్మాణాత్మక వైవిధ్యానికి అనుగుణంగా ఉందని మరియు 276 ¡ã C వద్ద గరిష్ట స్థాయి ఉందని చూపిస్తుంది, అంటే తీవ్రమైన దశ పరివర్తన. ఫిగర్ 7 ఛార్జింగ్ స్టేట్ కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్ మధ్య ఉంటుంది, రసాయన ప్రతిచర్య స్థాయి మధ్య జోక్యం: ఒక ప్రత్యేక ఛార్జ్ కాథోడ్, బలమైన ఆక్సిజన్ విడుదల యొక్క శిఖరం; అయితే, ఛార్జ్ స్టేట్ యొక్క కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్ ఉన్నప్పుడు, ప్రాథమికంగా ఎటువంటి మోతాదు ఉండదు. అయితే, అదే ఉష్ణోగ్రత విరామంలో, వేడి ఉత్పత్తి గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు రసాయన ప్రతిచర్య యొక్క పరస్పర జోక్యం స్కీమాటిక్ ఆధారంగా అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఛార్జింగ్ స్థితి విడుదల అవుతుంది మరియు కొద్ది మొత్తంలో వేడి మాత్రమే విడుదల అవుతుంది; ఆనోడ్ ఉన్నప్పుడు, O2 వేడి నియంత్రణలో ఉండదు. అందువల్ల, మెకానికల్ లిథియం బ్యాటరీ వ్యవస్థ యొక్క భద్రత కోసం, థర్మల్ అవుట్-ఆఫ్-కంట్రోల్‌కు ముందు థర్మల్ మేనేజ్‌మెంట్ సిస్టమ్ జోక్యం చేసుకోవాలి, లేకుంటే ద్రవ నైట్రోజన్ బలమైన ఉష్ణ వెదజల్లే పనితీరును కలిగి ఉన్నప్పటికీ బ్యాటరీని కాల్చకుండా నిరోధించడం కష్టం.

చిత్రం 8 ఉష్ణ నష్టం సంభవించే సమయంలో, ద్రవ నైట్రోజన్ యొక్క లక్షణం ద్రవ నైట్రోజన్ ద్వారా ఘనీభవించబడుతుంది, ద్రవ నైట్రోజన్ యొక్క మార్పు వక్రత, బ్యాటరీ ఉష్ణోగ్రత మరియు వోల్టేజ్ 206 ¡ã C వద్ద జోడించబడతాయి మరియు ఉదాహరణ ద్రవ నైట్రోజన్ శీతలీకరణ తర్వాత బ్యాటరీ యొక్క ముందు ఉపరితలం (I) మరియు పక్క ఉపరితలం (I) ఫోటో; 206 ¡ã C వద్ద ద్రవ నైట్రోజన్‌లో శీతలీకరణ తర్వాత Z-రకం లామినేషన్ నిర్మాణం మరియు బ్యాటరీ, ఫోటో అంతర్గత కాథోడ్, ఆనోడ్ మరియు డయాఫ్రాగమ్‌లో ద్రవ నైట్రోజన్, 206 ¡ã C బ్యాటరీలో -100 ¡ã C వరకు వేగంగా తగ్గుతుంది, అయినప్పటికీ ప్రీ-బ్యాటరీ బ్యాగ్ వైపు బ్రాక్ చేయబడింది (చిత్రం 8A). Figure 8B కుళ్ళిపోయిన బ్యాటరీ మాడ్యూల్‌ను చూపిస్తుంది, కనిపించే రంధ్రం లేదా నష్టం ఉపరితల ఉపరితలం లేదు, ఇది వోల్టేజ్ స్థిరత్వాన్ని నిర్వహిస్తుందని మరియు షార్ట్ సర్క్యూట్‌ను సమర్థవంతంగా నివారిస్తుందని సూచిస్తుంది; కాథోడ్ ఉపరితలం మరియు సంబంధిత డయాఫ్రాగమ్ బ్లాక్ బెల్ట్, ఇది Ni, CO, MN పరివర్తన లోహ నిక్షేపణకు అర్థం లేదు.