Overlading er en av de vanskeligste elementene i den gjeldende litiumbatterisikkerhetstesten, så det er nødvendig å forstå mekanismen for overlading og gjeldende tiltak for å forhindre overlading.
Bilde 1 er spennings- og temperaturkurvene til NCM+LMO/Gr-systemets batteri når det er overladet.Spenningen når et maksimum ved 5,4V, og deretter faller spenningen, noe som til slutt forårsaker termisk løping.Spennings- og temperaturkurvene til overladingen av det ternære batteriet ligner veldig på det.
Når litiumbatteriet er overladet, vil det generere varme og gass.Varmen inkluderer ohmsk varme og varme generert av sidereaksjoner, hvorav ohmsk varme er den viktigste.Sidereaksjonen til batteriet forårsaket av overlading er for det første at overflødig litium settes inn i den negative elektroden, og litiumdendritter vil vokse på overflaten av den negative elektroden (N/P-forholdet vil påvirke den innledende SOC-en til litiumdendrittvekst).Den andre er at overflødig litium ekstraheres fra den positive elektroden, noe som får strukturen til den positive elektroden til å kollapse, frigjøre varme og frigjøre oksygen.Oksygen vil akselerere nedbrytningen av elektrolytten, batteriets indre trykk vil fortsette å stige, og sikkerhetsventilen vil åpne etter et visst nivå.Kontakten av det aktive materialet med luften genererer videre mer varme.
Studier har vist at å redusere mengden elektrolytt vil redusere varme- og gassproduksjonen betydelig under overlading.I tillegg er det studert at når batteriet ikke har skinne eller sikkerhetsventilen ikke kan åpnes normalt under overlading, er batteriet utsatt for eksplosjon.
Litt overlading vil ikke forårsake termisk løping, men vil føre til at kapasiteten falmer.Studien fant at når batteriet med NCM/LMO hybridmateriale som positiv elektrode er overladet, er det ingen åpenbar kapasitetsreduksjon når SOC er lavere enn 120 %, og kapasiteten avtar betydelig når SOC er høyere enn 130 %.
For øyeblikket er det omtrent flere måter å løse overladingsproblemet på:
1) Beskyttelsesspenningen er satt i BMS, vanligvis er beskyttelsesspenningen lavere enn toppspenningen under overlading;
2) Forbedre overladingsmotstanden til batteriet gjennom materialmodifisering (som materialbelegg);
3) Legg til anti-overladingsadditiver, som redokspar, til elektrolytten;
4) Ved bruk av spenningsfølsom membran, når batteriet er overladet, reduseres membranmotstanden betydelig, som fungerer som en shunt;
5) OSD- og CID-design brukes i firkantede aluminiumsskallbatterier, som for tiden er vanlige design mot overlading.Posebatteriet kan ikke oppnå en lignende design.
Referanser
Energilagringsmaterialer 10 (2018) 246–267
Denne gangen vil vi introdusere spennings- og temperaturendringene til litiumkoboltoksidbatteriet når det er overladet.Bildet nedenfor er overladingsspenningen og temperaturkurven til litiumkoboltoksidbatteriet, og den horisontale aksen er delithiation-mengden.Den negative elektroden er grafitt, og elektrolyttløsningsmidlet er EC/DMC.Batterikapasiteten er 1,5Ah.Ladestrømmen er 1,5A, og temperaturen er den interne temperaturen til batteriet.
Sone I
1. Batterispenningen stiger sakte.Den positive elektroden av litiumkoboltoksid delithiates mer enn 60%, og metalllitium utfelles på den negative elektrodesiden.
2. Batteriet buler, noe som kan skyldes høytrykksoksidasjon av elektrolytten på den positive siden.
3. Temperaturen er i utgangspunktet stabil med en liten stigning.
Sone II
1. Temperaturen begynner å stige sakte.
2. I området 80~95% øker impedansen til den positive elektroden, og den interne motstanden til batteriet øker, men den synker med 95%.
3. Batterispenningen overstiger 5V og når maksimum.
Sone III
1. Ved ca. 95 % begynner batteritemperaturen å stige raskt.
2. Fra ca. 95 %, til nærmere 100 %, synker batterispenningen litt.
3. Når den interne temperaturen til batteriet når ca. 100°C, faller batterispenningen kraftig, noe som kan være forårsaket av reduksjonen i den interne motstanden til batteriet på grunn av temperaturøkningen.
Sone IV
1. Når den interne temperaturen til batteriet er høyere enn 135°C, begynner PE-separatoren å smelte, den interne motstanden til batteriet stiger raskt, spenningen når den øvre grensen (~12V), og strømmen faller til en lavere verdi.
2. Mellom 10-12V er batterispenningen ustabil og strømmen svinger.
3. Den interne temperaturen i batteriet stiger raskt, og temperaturen stiger til 190-220°C før batteriet sprekker.
4. Batteriet er ødelagt.
Overlading av ternære batterier ligner på litium-koboltoksid-batterier.Ved overlading av ternære batterier med firkantede aluminiumsskall på markedet, vil OSD eller CID aktiveres når man går inn i sone III, og strømmen vil bli kuttet for å beskytte batteriet mot overlading.
Referanser
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Innleggstid: Des-07-2022