شارژ بیش از حد یکی از سخت ترین موارد در تست ایمنی باتری لیتیومی فعلی است، بنابراین لازم است مکانیسم شارژ بیش از حد و اقدامات فعلی برای جلوگیری از شارژ بیش از حد را درک کنید.
تصویر 1 منحنی ولتاژ و دمای باتری سیستم NCM+LMO/Gr در هنگام شارژ بیش از حد است.ولتاژ در 5.4 ولت به حداکثر می رسد و سپس ولتاژ کاهش می یابد و در نهایت باعث فرار حرارتی می شود.منحنی های ولتاژ و دمای شارژ بیش از حد باتری سه تایی بسیار شبیه به آن است.
هنگامی که باتری لیتیومی بیش از حد شارژ می شود، گرما و گاز تولید می کند.گرما شامل گرمای اهمی و گرمای تولید شده توسط واکنش های جانبی است که گرمای اهمی اصلی ترین آنها است.واکنش جانبی باتری ناشی از شارژ بیش از حد اولاً این است که لیتیوم اضافی به الکترود منفی وارد می شود و دندریت های لیتیوم روی سطح الکترود منفی رشد می کنند (نسبت N/P بر SOC اولیه رشد دندریت لیتیوم تأثیر می گذارد).دوم این است که لیتیوم اضافی از الکترود مثبت استخراج می شود و باعث فروپاشی ساختار الکترود مثبت می شود و گرما آزاد می شود و اکسیژن آزاد می شود.اکسیژن تجزیه الکترولیت را تسریع می کند، فشار داخلی باتری همچنان بالا می رود و دریچه ایمنی پس از یک سطح مشخص باز می شود.تماس ماده فعال با هوا گرمای بیشتری تولید می کند.
مطالعات نشان داده اند که کاهش مقدار الکترولیت به طور قابل توجهی باعث کاهش تولید گرما و گاز در هنگام شارژ بیش از حد می شود.علاوه بر این، بررسی شده است که وقتی باتری اسپلینت نداشته باشد یا در هنگام شارژ بیش از حد، شیر اطمینان باز نشود، باتری در معرض انفجار است.
شارژ بیش از حد جزئی باعث فرار حرارتی نمی شود، اما باعث از بین رفتن ظرفیت می شود.این مطالعه نشان داد که وقتی باتری با مواد هیبریدی NCM/LMO به عنوان الکترود مثبت بیش از حد شارژ می شود، زمانی که SOC کمتر از 120٪ باشد، کاهش ظرفیت آشکاری وجود ندارد و زمانی که SOC بالاتر از 130٪ باشد، ظرفیت به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
در حال حاضر، تقریباً چندین راه برای حل مشکل اضافه شارژ وجود دارد:
1) ولتاژ حفاظتی در BMS تنظیم شده است، معمولاً ولتاژ حفاظتی در هنگام شارژ بیش از حد کمتر از ولتاژ اوج است.
2) مقاومت شارژ بیش از حد باتری را از طریق اصلاح مواد (مانند پوشش مواد) بهبود بخشید.
3) افزودنی های ضد اضافه شارژ، مانند جفت ردوکس، به الکترولیت اضافه کنید.
4) با استفاده از غشای حساس به ولتاژ، هنگامی که باتری بیش از حد شارژ می شود، مقاومت غشاء به طور قابل توجهی کاهش می یابد، که به عنوان یک شنت عمل می کند.
5) طرح های OSD و CID در باتری های پوسته آلومینیومی مربعی استفاده می شود که در حال حاضر طرح های رایج ضد شارژ بیش از حد هستند.باتری کیسه ای نمی تواند به طراحی مشابهی دست یابد.
منابع
مواد ذخیره انرژی 10 (2018) 246-267
این بار به معرفی تغییرات ولتاژ و دمای باتری اکسید لیتیوم کبالت در هنگام شارژ بیش از حد می پردازیم.تصویر زیر منحنی ولتاژ اضافه شارژ و دمای باتری اکسید لیتیوم کبالت و محور افقی مقدار جداسازی است.الکترود منفی گرافیت و حلال الکترولیت EC/DMC است.ظرفیت باتری 1.5Ah است.جریان شارژ 1.5 آمپر است و دما دمای داخلی باتری است.
منطقه I
1. ولتاژ باتری به آرامی افزایش می یابد.الکترود مثبت اکسید کبالت لیتیوم بیش از 60 درصد جدا می شود و لیتیوم فلزی در سمت الکترود منفی رسوب می کند.
2. باتری برآمده است که ممکن است به دلیل اکسیداسیون فشار زیاد الکترولیت در سمت مثبت باشد.
3. دما اساساً با افزایش جزئی پایدار است.
منطقه II
1. دما به آرامی شروع به افزایش می کند.
2. در محدوده 80~95٪، امپدانس الکترود مثبت افزایش می یابد، و مقاومت داخلی باتری افزایش می یابد، اما در 95٪ کاهش می یابد.
3. ولتاژ باتری از 5 ولت بیشتر می شود و به حداکثر می رسد.
منطقه III
1. در حدود 95٪، دمای باتری شروع به افزایش سریع می کند.
2. از حدود 95% تا نزدیک به 100% ولتاژ باتری کمی کاهش می یابد.
3. زمانی که دمای داخلی باتری به حدود 100 درجه سانتی گراد می رسد، ولتاژ باتری به شدت کاهش می یابد که ممکن است به دلیل کاهش مقاومت داخلی باتری در اثر افزایش دما باشد.
منطقه IV
1. هنگامی که دمای داخلی باتری بالاتر از 135 درجه سانتیگراد است، جداکننده پلی اتیلن شروع به ذوب شدن می کند، مقاومت داخلی باتری به سرعت افزایش می یابد، ولتاژ به حد بالایی (~ 12 ولت) می رسد و جریان به پایین تر کاهش می یابد. ارزش.
2. بین 10-12 ولت، ولتاژ باتری ناپایدار است و جریان در نوسان است.
3. دمای داخلی باتری به سرعت بالا می رود و قبل از پاره شدن باتری، دما به 190-220 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.
4. باتری خراب است.
شارژ بیش از حد باتری های سه تایی مشابه باتری های لیتیوم اکسید کبالت است.هنگام شارژ بیش از حد باتری های سه تایی با پوسته های آلومینیومی مربعی در بازار، OSD یا CID هنگام ورود به Zone III فعال می شود و جریان قطع می شود تا باتری از شارژ بیش از حد محافظت شود.
منابع
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
زمان ارسال: دسامبر-07-2022