Přebíjení je jednou z nejobtížnějších položek současného testu bezpečnosti lithiových baterií, proto je nutné porozumět mechanismu přebíjení a současným opatřením k zamezení přebíjení.
Obrázek 1 je křivka napětí a teploty baterie systému NCM+LMO/Gr, když je přebitá.Napětí dosáhne maxima při 5,4 V a poté napětí klesne, což případně způsobí tepelný únik.Křivky napětí a teploty přebíjení ternární baterie jsou jí velmi podobné.
Když je lithiová baterie přebitá, bude generovat teplo a plyn.Teplo zahrnuje ohmické teplo a teplo vznikající vedlejšími reakcemi, z nichž ohmické teplo je hlavní.Vedlejší reakcí baterie způsobenou přebíjením je zaprvé to, že přebytek lithia je vložen do záporné elektrody a na povrchu záporné elektrody budou růst lithiové dendrity (poměr N/P ovlivní počáteční SOC růstu lithiového dendritu).Druhým je, že z kladné elektrody je extrahováno přebytečné lithium, což způsobuje kolaps struktury kladné elektrody, uvolňuje teplo a uvolňuje kyslík.Kyslík urychlí rozklad elektrolytu, vnitřní tlak baterie bude dále stoupat a po určité hladině se otevře pojistný ventil.Kontakt aktivního materiálu se vzduchem dále vytváří více tepla.
Studie ukázaly, že snížení množství elektrolytu výrazně sníží produkci tepla a plynu při přebíjení.Navíc bylo prozkoumáno, že když baterie nemá dlahu nebo bezpečnostní ventil nelze normálně otevřít během přebíjení, je baterie náchylná k výbuchu.
Mírné přebíjení nezpůsobí tepelný únik, ale způsobí úbytek kapacity.Studie zjistila, že když je baterie s hybridním materiálem NCM/LMO jako kladnou elektrodou přebita, nedochází k žádnému zjevnému poklesu kapacity, když je SOC nižší než 120 %, a kapacita se výrazně snižuje, když je SOC vyšší než 130 %.
V současné době existuje zhruba několik způsobů, jak problém přebíjení vyřešit:
1) Ochranné napětí je nastaveno v BMS, obvykle je ochranné napětí nižší než špičkové napětí při přebíjení;
2) Zlepšit odolnost baterie proti přebití úpravou materiálu (jako je povrchová úprava materiálu);
3) Přidejte do elektrolytu přísady proti přebití, jako jsou redoxní páry;
4) Při použití napěťově citlivé membrány se při přebití baterie výrazně sníží odpor membrány, která působí jako bočník;
5) Konstrukce OSD a CID se používají ve čtvercových bateriích s hliníkovým pláštěm, které jsou v současné době běžnými konstrukcemi proti přebití.Pouzdro baterie nemůže dosáhnout podobného designu.
Reference
Materiály pro skladování energie 10 (2018) 246–267
Tentokrát si představíme změny napětí a teploty lithium-kobaltoxidové baterie při jejím přebití.Na obrázku níže je křivka napětí a teploty přebití lithium-kobaltoxidové baterie a vodorovná osa je množství delitiace.Záporná elektroda je grafit a rozpouštědlo elektrolytu je EC/DMC.Kapacita baterie je 1,5Ah.Nabíjecí proud je 1,5A a teplota je vnitřní teplotou baterie.
Zóna I
1. Napětí baterie pomalu stoupá.Kladná elektroda oxidu lithného a kobaltnatého delithuje více než 60 % a kovové lithium se vysráží na straně záporné elektrody.
2. Baterie je vyboulená, což může být způsobeno vysokotlakou oxidací elektrolytu na kladné straně.
3. Teplota je v zásadě stabilní s mírným nárůstem.
Zóna II
1. Teplota začne pomalu stoupat.
2. V rozsahu 80~95% se zvyšuje impedance kladné elektrody a zvyšuje se vnitřní odpor baterie, ale klesá na 95%.
3. Napětí baterie přesahuje 5V a dosahuje maxima.
Zóna III
1. Při přibližně 95 % začne teplota baterie rychle stoupat.
2. Od přibližně 95 % až téměř ke 100 % napětí baterie mírně klesá.
3. Když vnitřní teplota baterie dosáhne cca 100°C, napětí baterie prudce poklesne, což může být způsobeno poklesem vnitřního odporu baterie v důsledku zvýšení teploty.
Zóna IV
1. Když je vnitřní teplota baterie vyšší než 135°C, PE separátor se začne tavit, vnitřní odpor baterie rychle stoupá, napětí dosáhne horní hranice (~12V) a proud klesne na nižší hodnota.
2. Mezi 10-12V je napětí baterie nestabilní a proud kolísá.
3. Vnitřní teplota baterie se rychle zvýší a teplota stoupne na 190-220 °C, než baterie praskne.
4. Baterie je rozbitá.
Přebíjení ternárních baterií je podobné jako u lithium-kobaltoxidových baterií.Při přebíjení ternárních baterií se čtvercovými hliníkovými pouzdry na trhu se při vstupu do zóny III aktivuje OSD nebo CID a proud se přeruší, aby byla baterie chráněna před přebitím.
Reference
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Čas odeslání: prosinec-07-2022