Przeładowanie jest jednym z najtrudniejszych elementów w obecnym teście bezpieczeństwa baterii litowych, dlatego konieczne jest zrozumienie mechanizmu przeładowania i obecnych środków zapobiegających przeładowaniu.
Zdjęcie 1 przedstawia krzywe napięcia i temperatury akumulatora systemu NCM+LMO/Gr, gdy jest on przeładowany.Napięcie osiąga maksimum przy 5,4 V, a następnie spada, ostatecznie powodując ucieczkę termiczną.Krzywe napięcia i temperatury przeładowania baterii trójskładnikowej są do niej bardzo podobne.
Gdy bateria litowa zostanie przeładowana, będzie generować ciepło i gaz.Ciepło obejmuje ciepło omowe i ciepło generowane przez reakcje uboczne, z których głównym jest ciepło omowe.Reakcja uboczna akumulatora spowodowana przeładowaniem polega po pierwsze na tym, że nadmiar litu jest wprowadzany do elektrody ujemnej, a dendryty litu będą rosnąć na powierzchni elektrody ujemnej (stosunek N/P wpłynie na początkowy SOC wzrostu dendrytu litu).Po drugie, nadmiar litu jest usuwany z elektrody dodatniej, powodując załamanie się struktury elektrody dodatniej, uwalniając ciepło i uwalniając tlen.Tlen przyspieszy rozkład elektrolitu, ciśnienie wewnętrzne akumulatora będzie nadal rosło, a zawór bezpieczeństwa otworzy się po przekroczeniu określonego poziomu.Kontakt materiału aktywnego z powietrzem dodatkowo generuje więcej ciepła.
Badania wykazały, że zmniejszenie ilości elektrolitu znacznie zmniejszy wytwarzanie ciepła i gazu podczas przeładowania.Ponadto zbadano, że gdy akumulator nie ma szyny lub zawór bezpieczeństwa nie może zostać normalnie otwarty podczas przeładowania, akumulator jest podatny na wybuch.
Niewielkie przeładowanie nie spowoduje ucieczki termicznej, ale spowoduje spadek pojemności.Badanie wykazało, że gdy akumulator z materiałem hybrydowym NCM/LMO jako elektrodą dodatnią jest przeładowany, nie ma wyraźnego spadku pojemności, gdy SOC jest niższy niż 120%, a pojemność znacznie spada, gdy SOC jest wyższy niż 130%.
Obecnie istnieje kilka sposobów rozwiązania problemu przeładowania:
1) Napięcie ochrony jest ustawione w BMS, zwykle napięcie ochrony jest niższe niż napięcie szczytowe podczas przeładowania;
2) Popraw odporność akumulatora na przeładowanie poprzez modyfikację materiału (np. powlekanie materiału);
3) Dodaj do elektrolitu dodatki zapobiegające przeładowaniu, takie jak pary redoks;
4) Przy zastosowaniu membrany czułej na napięcie, gdy akumulator jest przeładowany, rezystancja membrany jest znacznie zmniejszona, co działa jak bocznik;
5) Konstrukcje OSD i CID są stosowane w bateriach z kwadratową powłoką aluminiową, które są obecnie powszechnymi konstrukcjami zapobiegającymi przeładowaniu.Bateria etui nie może osiągnąć podobnego projektu.
Bibliografia
Materiały do magazynowania energii 10 (2018) 246–267
Tym razem przedstawimy zmiany napięcia i temperatury baterii litowo-kobaltowo-tlenkowej, gdy jest ona przeładowana.Poniższy rysunek przedstawia krzywą napięcia przeładowania i temperatury akumulatora litowo-kobaltowego, a oś pozioma to stopień delitacji.Elektrodą ujemną jest grafit, a rozpuszczalnikiem elektrolitu jest EC/DMC.Pojemność akumulatora wynosi 1,5 Ah.Prąd ładowania wynosi 1,5 A, a temperatura jest temperaturą wewnętrzną akumulatora.
Strefa I
1. Napięcie baterii rośnie powoli.Elektroda dodatnia z tlenku kobaltu litu delituje ponad 60%, a metaliczny lit wytrąca się po stronie elektrody ujemnej.
2. Akumulator jest wybrzuszony, co może być spowodowane utlenianiem elektrolitu po stronie dodatniej pod wysokim ciśnieniem.
3. Temperatura jest w zasadzie stabilna z niewielkim wzrostem.
Strefa II
1. Temperatura zaczyna powoli rosnąć.
2. W zakresie 80~95% impedancja elektrody dodatniej wzrasta, a rezystancja wewnętrzna akumulatora wzrasta, ale spada o 95%.
3. Napięcie akumulatora przekracza 5 V i osiąga maksimum.
Strefa III
1. Przy około 95% temperatura akumulatora zaczyna gwałtownie rosnąć.
2. Od około 95% do blisko 100% napięcie akumulatora nieznacznie spada.
3. Gdy wewnętrzna temperatura akumulatora osiągnie około 100°C, napięcie akumulatora gwałtownie spada, co może być spowodowane spadkiem rezystancji wewnętrznej akumulatora w wyniku wzrostu temperatury.
Strefa IV
1. Gdy temperatura wewnętrzna akumulatora jest wyższa niż 135°C, separator PE zaczyna się topić, rezystancja wewnętrzna akumulatora gwałtownie wzrasta, napięcie osiąga górną granicę (~12 V), a prąd spada do niższej wartość.
2. Pomiędzy 10 a 12 V napięcie akumulatora jest niestabilne, a prąd się waha.
3. Wewnętrzna temperatura akumulatora gwałtownie wzrasta, a temperatura wzrasta do 190-220°C, zanim akumulator pęknie.
4. Bateria jest zepsuta.
Przeładowanie akumulatorów trójskładnikowych jest podobne do akumulatorów litowo-kobaltowo-tlenkowych.Podczas przeładowywania akumulatorów trójskładnikowych z kwadratowymi obudowami aluminiowymi dostępnymi na rynku, OSD lub CID zostanie aktywowane po wejściu do Strefy III, a prąd zostanie odcięty, aby chronić akumulator przed przeładowaniem.
Bibliografia
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Czas postu: 07-12-2022