Overopladning er et af de sværeste punkter i den aktuelle lithiumbatterisikkerhedstest, så det er nødvendigt at forstå mekanismen for overopladning og de aktuelle foranstaltninger til at forhindre overopladning.
Billede 1 er spændings- og temperaturkurverne for NCM+LMO/Gr-systemets batteri, når det er overopladet.Spændingen når et maksimum ved 5,4V, og så falder spændingen, hvilket til sidst forårsager termisk løb.Spændings- og temperaturkurverne for overopladningen af det ternære batteri ligner det meget.
Når lithiumbatteriet er overopladet, vil det generere varme og gas.Varmen inkluderer ohmsk varme og varme genereret af sidereaktioner, hvoraf ohmsk varme er den vigtigste.Batteriets sidereaktion forårsaget af overopladning er for det første, at overskydende lithium indsættes i den negative elektrode, og lithiumdendritter vil vokse på overfladen af den negative elektrode (N/P-forholdet vil påvirke den initiale SOC af lithiumdendritvækst).Den anden er, at overskydende lithium ekstraheres fra den positive elektrode, hvilket får strukturen af den positive elektrode til at kollapse, frigive varme og frigive ilt.Ilt vil fremskynde nedbrydningen af elektrolytten, batteriets indre tryk vil fortsætte med at stige, og sikkerhedsventilen åbner efter et vist niveau.Det aktive materiales kontakt med luften genererer yderligere mere varme.
Undersøgelser har vist, at en reduktion af mængden af elektrolyt vil reducere varme- og gasproduktionen betydeligt under overopladning.Derudover er det undersøgt, at når batteriet ikke har en skinne eller sikkerhedsventilen ikke kan åbnes normalt under overopladning, er batteriet udsat for eksplosion.
En let overopladning vil ikke forårsage termisk løbsk, men vil forårsage falmning af kapaciteten.Undersøgelsen viste, at når batteriet med NCM/LMO hybridmateriale som den positive elektrode er overopladet, er der ikke noget åbenlyst kapacitetsfald, når SOC er lavere end 120 %, og kapaciteten falder betydeligt, når SOC er højere end 130 %.
På nuværende tidspunkt er der groft sagt flere måder at løse overopladningsproblemet på:
1) Beskyttelsesspændingen er indstillet i BMS, normalt er beskyttelsesspændingen lavere end spidsspændingen under overopladning;
2) Forbedre overladningsmodstanden for batteriet gennem materialemodifikation (såsom materialebelægning);
3) Tilføj anti-overladningsadditiver, såsom redoxpar, til elektrolytten;
4) Ved brug af spændingsfølsom membran, når batteriet er overopladet, reduceres membranmodstanden betydeligt, hvilket fungerer som en shunt;
5) OSD- og CID-design bruges i firkantede aluminiumsskalbatterier, som i øjeblikket er almindelige anti-overopladningsdesigns.Posebatteriet kan ikke opnå et lignende design.
Referencer
Energilagringsmaterialer 10 (2018) 246–267
Denne gang vil vi introducere spændings- og temperaturændringerne for lithium-koboltoxidbatteriet, når det er overopladet.Billedet nedenfor er overopladningsspændingen og temperaturkurven for lithium-coboltoxid-batteriet, og den vandrette akse er delelithiationsmængden.Den negative elektrode er grafit, og elektrolytopløsningsmidlet er EC/DMC.Batterikapaciteten er 1,5Ah.Ladestrømmen er 1,5A, og temperaturen er batteriets indre temperatur.
Zone I
1. Batterispændingen stiger langsomt.Den positive elektrode af lithium cobaltoxid delithierer mere end 60%, og metallithium udfældes på den negative elektrodeside.
2. Batteriet svulmer, hvilket kan skyldes højtryksoxidation af elektrolytten på den positive side.
3. Temperaturen er som udgangspunkt stabil med en lille stigning.
Zone II
1. Temperaturen begynder at stige langsomt.
2. I intervallet 80~95% øges impedansen af den positive elektrode, og batteriets indre modstand stiger, men den falder med 95%.
3. Batterispændingen overstiger 5V og når maksimum.
Zone III
1. Ved omkring 95 % begynder batteritemperaturen at stige hurtigt.
2. Fra omkring 95 %, til tæt på 100 %, falder batterispændingen en smule.
3. Når batteriets indre temperatur når omkring 100°C, falder batterispændingen kraftigt, hvilket kan være forårsaget af faldet i batteriets indre modstand på grund af temperaturstigningen.
Zone IV
1. Når batteriets indre temperatur er højere end 135°C, begynder PE-separatoren at smelte, batteriets indre modstand stiger hurtigt, spændingen når den øvre grænse (~12V), og strømmen falder til en lavere værdi.
2. Mellem 10-12V er batterispændingen ustabil og strømmen svinger.
3. Batteriets indre temperatur stiger hurtigt, og temperaturen stiger til 190-220°C, før batteriet går i stykker.
4. Batteriet er ødelagt.
Overopladningen af ternære batterier svarer til lithium-koboltoxid-batterier.Ved overopladning af ternære batterier med firkantede aluminiumsskaller på markedet, aktiveres OSD eller CID, når man går ind i Zone III, og strømmen afbrydes for at beskytte batteriet mod overopladning.
Referencer
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Posttid: Dec-07-2022