อุณหภูมิ แบตเตอรี่ลิเธียมสูงเกินไป มากกว่า 45 ℃ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในการผลิตและชีวิตของผู้คน ซึ่งทำให้สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิกลายเป็นประเด็นหลักที่ต้องกังวล กล่าวคือ แบตเตอรี่ลิเธียมสร้างปัญหาด้านความปลอดภัยได้ง่ายกว่า ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทดสอบประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงของแบตเตอรี่ลิเธียม และเปรียบเทียบกับข้อมูลการทดสอบอุณหภูมิปกติ เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกใช้งานในทางที่ผิดหรือใช้งานในทางที่ผิด เช่น การใช้งานที่อุณหภูมิสูงหรือการควบคุมเครื่องชาร์จล้มเหลว อาจทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีรุนแรงภายในแบตเตอรี่ ทำให้เกิดความร้อนมาก หากความร้อนช้าเกินไปที่จะกระจายออกไปและ สะสมอย่างรวดเร็วภายในแบตเตอรี่ แบตเตอรี่อาจรั่ว ระบาย ควัน และปรากฏการณ์อื่น ๆ การเผาไหม้แบตเตอรี่อย่างรุนแรงและการระเบิด
ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิสูงส่วนใหญ่ได้แก่:
(1) การสลายตัวของฟิล์ม SEI: ฟิล์มป้องกันสามารถแพร่กระจายได้และการสลายตัวและการปล่อยความร้อนเกิดขึ้นที่ 90-120 ° C
(2) ปฏิกิริยาของลิเธียมและอิเล็กโทรไลต์ที่ฝังอยู่: สูงกว่า 120 ° C เมมเบรนไม่สามารถตัดออกได้ การสัมผัสระหว่างอิเล็กโทรดเชิงลบและอิเล็กโทรไลต์ และลิเธียมที่ฝังอยู่ในอิเล็กโทรดเชิงลบและปฏิกิริยาคายความร้อนของอิเล็กโทรไลต์เกิดขึ้น
(3) การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์: การสลายตัวเกิดขึ้นที่สูงกว่า 200 ° C และปล่อยความร้อน
(4) การสลายตัวของสารออกฤทธิ์เชิงบวก: ในสถานะออกซิเดชัน วัสดุบวกจะสลายตัวแบบคายความร้อนและปล่อยออกซิเจน ซึ่งจะทำปฏิกิริยาคายความร้อนกับอิเล็กโทรไลต์ หรือวัสดุบวกจะทำปฏิกิริยาโดยตรงกับอิเล็กโทรไลต์
(5) ปฏิกิริยาคายความร้อนระหว่างลิเธียมที่ฝังอยู่และสารยึดเกาะฟลูออไรด์
ศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิสูงต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ทรงกระบอกขนาด 2Ah (วัสดุอิเล็กโทรดบวก NCM โดยใช้สารยึดเกาะ PVdF, คาร์บอนวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ โดยใช้สารยึดเกาะ CMC/SBR) ได้รับการศึกษา และเปรียบเทียบสภาวะของแบตเตอรี่ทั้งสองก้อนที่อุณหภูมิสูงต่างกัน :
แบตเตอรี่ B2 - รอบแรก 2 ครั้งที่ 60 ° C จากนั้นรอบที่ 85 ° C
แบตเตอรี่ B3 - รอบแรก 2 ครั้งที่ 60 ° C จากนั้นรอบที่ 120 ° C
ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 4 หลังจากผ่านไป 26 รอบที่อุณหภูมิ 85°C การสูญเสียความจุของแบตเตอรี่ B2 จะอยู่ที่ประมาณ 7.5% และความต้านทานของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้น 100% หลังจาก 25 รอบที่ 120 ° C แบตเตอรี่ B3 จะสูญเสียความจุประมาณ 22% และเพิ่มความต้านทานของแบตเตอรี่ได้มากถึง 1115%
รูปที่ 4 กราฟวงจรและกราฟความต้านทานเพิ่มของแบตเตอรี่ B2 และ B3 ที่อุณหภูมิสูง
แบบจำลองที่แสดงในรูปที่ 5 แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของขั้วบวกของแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิสูงถึง 120°C ที่อุณหภูมิ 120°C ส่วนหนึ่งของ PVdF ของสารยึดเกาะเชิงบวกจะย้ายจากบริเวณส่วนที่ 1 ไปยังพื้นผิวของอิเล็กโทรดขั้วบวก ซึ่งทำให้ปริมาณสารยึดเกาะในบริเวณส่วนที่ 1 ลดลง และวัสดุ NMC ของวัสดุออกฤทธิ์ลดความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าเนื่องจาก จนขาดสารยึดเกาะ ในภูมิภาคส่วนที่ 2 ส่วนนี้เป็นส่วนหลักของอิเล็กโทรดบวก ปริมาณสารยึดเกาะเป็นปกติ อุณหภูมิสูงมีผลเพียงเล็กน้อย และวัสดุออกฤทธิ์สามารถตอบสนองได้ตามปกติ
ผลกระทบของอุณหภูมิสูงต่ออิเล็กโทรดลบสามารถเห็นได้โดยการวิเคราะห์พื้นผิวอิเล็กโทรดลบ (รูปที่ 6) รูปที่. 6a แสดงสถานะเริ่มต้นของขั้วลบ หลังจากการหมุนเวียนที่อุณหภูมิ 85°C เฟสของอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งทั่วไปจะปรากฏบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดเชิงลบ (รูปที่ 6b พื้นผิวของอิเล็กโทรดเชิงลบถูกปกคลุมไปด้วยสารที่สร้างขึ้นใหม่ ส่งผลให้สารทรงกลมขนาดเล็กบางชนิดแตกต่างจากสัณฐานวิทยาเริ่มต้น SEI: ของแข็ง อินเตอร์เฟซอิเล็กโทรไลต์) เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นที่ 120 ° C จะมีการสร้าง SEI มากขึ้น (รูปที่ 6c พื้นผิวด้านลบถูกปกคลุมไปด้วยอนุภาคมากขึ้น) และลิเธียมไอออนที่แอคทีฟจะถูกใช้มากขึ้น ส่งผลให้ความจุลดลง
รูปที่. 6 การเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวอิเล็กโทรดเชิงลบ
ผลกระทบของอุณหภูมิสูงต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ อุณหภูมิ
ในการทำงานสูงเกินไป ในด้านหนึ่ง อิเล็กโทรไลต์ลดขั้วบวกที่มีศักยภาพต่ำเป็นเวลานานทำให้สูญเสียลิเธียมไอออนที่ใช้งานอยู่ ส่งผลให้ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าลดลง ในทางกลับกัน อุณหภูมิสูงนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของปฏิกิริยาด้านข้างของอิเล็กโทรไลต์รีดิวซ์แอโนด และผลิตภัณฑ์อนินทรีย์ของปฏิกิริยาจะสะสมอยู่บนพื้นผิวแอโนด ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการขจัดไอออนลิเธียมและเร่งอายุของแบตเตอรี่ . ที่อุณหภูมิสูง ปฏิกิริยาด้านข้างของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้น เช่น ฟิล์ม SEI บนพื้นผิวของขั้วลบจะสลายตัว แตกหรือละลาย เป็นต้น ซึ่งนำไปสู่การใช้ลิเธียมไอออนอย่างต่อเนื่องในระหว่างรอบที่อุณหภูมิสูง และความจุลดลงอย่างรวดเร็ว
การศึกษาพบว่าเมื่ออุณหภูมิในการทำงานของแบตเตอรี่เกิน 40 ° C อายุการใช้งานของแบตเตอรี่จะลดลงครึ่งหนึ่งเมื่อเพิ่มขึ้นทุกๆ 10 ° C ก้อนแบตเตอรี่ถูกจัดเรียงอย่างใกล้ชิดในช่องแบตเตอรี่ของรถยนต์พลังงานใหม่ และการสะสมความร้อนที่เกิดจากแบตเตอรี่ก้อนเดียวทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิภายในก้อนแบตเตอรี่ ส่งผลให้อัตราการลดทอนที่แตกต่างกันของแบตเตอรี่ก้อนเดียว ทำลายเอกลักษณ์ของแบตเตอรี่ แพ็คและลดประสิทธิภาพของก้อนแบตเตอรี่
อุณหภูมิของแบตเตอรี่มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับกระแสประจุและกระแสคายประจุ เมื่อทำการชาร์จและคายประจุกระแสไฟฟ้าเล็กน้อย อุณหภูมิสูงสุดของก้อนแบตเตอรี่จะอยู่ในตำแหน่งที่ไม่เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนกับโลกภายนอกได้ง่าย เมื่อการชาร์จและการคายประจุของกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่หรือการออกแบบโครงสร้างของหูขั้วนั้นไม่มีเหตุผล อุณหภูมิสูงสุดของก้อนแบตเตอรี่จะอยู่ที่หูขั้ว
ดังนั้นการออกแบบระบบระบายความร้อนของแบตเตอรี่อย่างมีเหตุผลตามลักษณะของแบตเตอรี่พลังงานและสภาพแวดล้อมการทำงานไม่เพียงแต่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพความทนทานของยานพาหนะ แต่ยังปรับปรุงความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของยานพาหนะอีกด้วย
