Supraîncărcarea este unul dintre cele mai dificile elemente din testul actual de siguranță a bateriei cu litiu, așa că este necesar să înțelegem mecanismul supraîncărcării și măsurile actuale pentru a preveni supraîncărcarea.
Imaginea 1 este curbele de tensiune și temperatură ale bateriei sistemului NCM+LMO/Gr atunci când este supraîncărcată.Tensiunea atinge un maxim la 5,4V, iar apoi tensiunea scade, provocând în cele din urmă o fugă termică.Curbele de tensiune și temperatură ale supraîncărcării bateriei ternare sunt foarte asemănătoare cu aceasta.
Când bateria cu litiu este supraîncărcată, va genera căldură și gaz.Căldura include căldura ohmică și căldura generată de reacțiile secundare, dintre care căldura ohmică este cea principală.Reacția secundară a bateriei cauzată de supraîncărcare este, în primul rând, că excesul de litiu este introdus în electrodul negativ, iar dendritele de litiu vor crește pe suprafața electrodului negativ (raportul N/P va afecta SOC inițial al creșterii dendritei de litiu).Al doilea este că excesul de litiu este extras din electrodul pozitiv, ceea ce face ca structura electrodului pozitiv să se prăbușească, eliberând căldură și eliberând oxigen.Oxigenul va accelera descompunerea electrolitului, presiunea internă a bateriei va continua să crească, iar supapa de siguranță se va deschide după un anumit nivel.Contactul materialului activ cu aerul generează în continuare mai multă căldură.
Studiile au arătat că reducerea cantității de electrolit va reduce semnificativ producția de căldură și gaz în timpul supraîncărcării.In plus, s-a studiat ca atunci cand bateria nu are atela sau supapa de siguranta nu poate fi deschisa normal in timpul supraincarcarii, bateria este predispusa la explozie.
O ușoară supraîncărcare nu va cauza evadare termică, dar va duce la scăderea capacității.Studiul a constatat că, atunci când bateria cu material hibrid NCM/LMO ca electrod pozitiv este supraîncărcată, nu există o scădere evidentă a capacității atunci când SOC este mai mic de 120%, iar capacitatea scade semnificativ atunci când SOC este mai mare de 130%.
În prezent, există aproximativ mai multe moduri de a rezolva problema supraîncărcării:
1) Tensiunea de protecție este setată în BMS, de obicei tensiunea de protecție este mai mică decât tensiunea de vârf în timpul supraîncărcării;
2) Îmbunătățiți rezistența la supraîncărcare a bateriei prin modificarea materialului (cum ar fi acoperirea materialului);
3) Adăugați aditivi anti-supraîncărcare, cum ar fi perechile redox, la electrolit;
4) Cu utilizarea membranei sensibile la tensiune, atunci când bateria este supraîncărcată, rezistența membranei este redusă semnificativ, ceea ce acționează ca un șunt;
5) Modelele OSD și CID sunt utilizate în bateriile cu carcasă pătrată din aluminiu, care sunt în prezent modele comune anti-supraîncărcare.Bateria husă nu poate realiza un design similar.
Referințe
Energy Storage Materials 10 (2018) 246–267
De această dată, vom introduce modificările de tensiune și temperatură ale bateriei cu oxid de litiu cobalt atunci când este supraîncărcată.Imaginea de mai jos este curba de supraîncărcare și temperatură a bateriei cu oxid de litiu de cobalt, iar axa orizontală este cantitatea de delițiere.Electrodul negativ este grafitul, iar solventul electrolit este EC/DMC.Capacitatea bateriei este de 1,5 Ah.Curentul de încărcare este de 1,5 A, iar temperatura este temperatura internă a bateriei.
Zona I
1. Tensiunea bateriei crește încet.Electrodul pozitiv al oxidului de litiu-cobalt delitiază mai mult de 60%, iar litiul metalic este precipitat pe partea negativă a electrodului.
2. Bateria este bombată, ceea ce se poate datora oxidării la presiune înaltă a electrolitului pe partea pozitivă.
3. Temperatura este practic stabilă cu o ușoară creștere.
Zona II
1. Temperatura începe să crească încet.
2. În intervalul 80~95%, impedanța electrodului pozitiv crește, iar rezistența internă a bateriei crește, dar scade la 95%.
3. Tensiunea bateriei depășește 5V și atinge maximul.
Zona III
1. La aproximativ 95%, temperatura bateriei începe să crească rapid.
2. De la aproximativ 95%, până aproape de 100%, tensiunea bateriei scade ușor.
3. Când temperatura internă a bateriei atinge aproximativ 100°C, tensiunea bateriei scade brusc, ceea ce poate fi cauzat de scăderea rezistenței interne a bateriei din cauza creșterii temperaturii.
Zona IV
1. Când temperatura internă a bateriei este mai mare de 135 ° C, separatorul PE începe să se topească, rezistența internă a bateriei crește rapid, tensiunea atinge limita superioară (~ 12 V), iar curentul scade la o valoare inferioară valoare.
2. Între 10-12V, tensiunea bateriei este instabilă, iar curentul fluctuează.
3. Temperatura internă a bateriei crește rapid, iar temperatura crește la 190-220°C înainte ca bateria să se rupă.
4. Bateria este spartă.
Supraîncărcarea bateriilor ternare este similară cu cea a bateriilor cu oxid de litiu-cobalt.La supraîncărcarea bateriilor ternare cu carcase pătrate din aluminiu de pe piață, OSD-ul sau CID-ul va fi activat la intrarea în Zona III, iar curentul va fi întrerupt pentru a proteja bateria de supraîncărcare.
Referințe
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Ora postării: Dec-07-2022