Презареждането е един от най-трудните елементи в текущия тест за безопасност на литиевата батерия, така че е необходимо да се разбере механизмът на презареждане и настоящите мерки за предотвратяване на презареждане.
Фигура 1 е кривите на напрежението и температурата на батерията на системата NCM+LMO/Gr, когато е презаредена.Напрежението достига максимум при 5,4 V, а след това напрежението пада, което в крайна сметка причинява термично бягане.Кривите на напрежението и температурата на презареждането на тройната батерия са много подобни на него.
Когато литиевата батерия е презаредена, тя ще генерира топлина и газ.Топлината включва омична топлина и топлина, генерирана от странични реакции, от които омичната топлина е основната.Страничната реакция на батерията, причинена от презареждането, е първо, че излишъкът от литий се вкарва в отрицателния електрод и литиевите дендрити ще растат на повърхността на отрицателния електрод (съотношението N/P ще повлияе на първоначалния SOC на растежа на литиев дендрит).Второто е, че излишният литий се извлича от положителния електрод, което води до срутване на структурата на положителния електрод, освобождавайки топлина и освобождавайки кислород.Кислородът ще ускори разграждането на електролита, вътрешното налягане на батерията ще продължи да се повишава и предпазният клапан ще се отвори след определено ниво.Контактът на активния материал с въздуха допълнително генерира повече топлина.
Проучванията показват, че намаляването на количеството електролит значително ще намали производството на топлина и газ по време на презареждане.Освен това е проучено, че когато батерията няма шина или предпазният клапан не може да се отвори нормално по време на презареждане, батерията е склонна към експлозия.
Лекото презареждане няма да причини термично изтичане, но ще доведе до намаляване на капацитета.Проучването установи, че когато батерията с NCM/LMO хибриден материал като положителен електрод е презаредена, няма очевидно намаляване на капацитета, когато SOC е под 120%, а капацитетът намалява значително, когато SOC е по-висок от 130%.
Понастоящем има приблизително няколко начина за решаване на проблема с презареждането:
1) Защитното напрежение е зададено в BMS, обикновено защитното напрежение е по-ниско от пиковото напрежение по време на презареждане;
2) Подобрете устойчивостта на презареждане на батерията чрез модификация на материала (като покритие на материала);
3) Добавете добавки против презареждане, като редокс двойки, към електролита;
4) С използването на чувствителна към напрежение мембрана, когато батерията е презаредена, съпротивлението на мембраната е значително намалено, което действа като шунт;
5) OSD и CID дизайните се използват в батерии с квадратна алуминиева обвивка, които в момента са обичайни дизайни против презареждане.Пакет батерията не може да постигне подобен дизайн.
Препратки
Материали за съхранение на енергия 10 (2018) 246–267
Този път ще представим промените в напрежението и температурата на литиево-кобалтово-оксидната батерия, когато е презаредена.Картината по-долу е кривата на напрежението на презареждането и температурата на литиево-кобалтово-оксидната батерия, а хоризонталната ос е количеството на разделяне.Отрицателният електрод е графит, а електролитният разтворител е EC/DMC.Капацитетът на батерията е 1.5Ah.Токът на зареждане е 1.5A, а температурата е вътрешната температура на батерията.
Зона I
1. Напрежението на батерията се повишава бавно.Положителният електрод от литиево-кобалтов оксид разделя повече от 60%, а металният литий се утаява от страната на отрицателния електрод.
2. Батерията е издута, което може да се дължи на окисляване на електролита под високо налягане от положителната страна.
3. Температурата е основно стабилна с леко покачване.
II зона
1. Температурата започва бавно да се повишава.
2. В диапазона от 80~95%, импедансът на положителния електрод се увеличава и вътрешното съпротивление на батерията се увеличава, но намалява при 95%.
3. Напрежението на батерията надвишава 5V и достига максимума.
III зона
1. При около 95% температурата на батерията започва бързо да се повишава.
2. От около 95%, до близо до 100%, напрежението на батерията пада леко.
3. Когато вътрешната температура на батерията достигне около 100°C, напрежението на батерията пада рязко, което може да се дължи на намаляването на вътрешното съпротивление на батерията поради повишаване на температурата.
IV зона
1. Когато вътрешната температура на батерията е по-висока от 135°C, PE сепараторът започва да се топи, вътрешното съпротивление на батерията нараства бързо, напрежението достига горната граница (~12V) и токът пада до по-ниска стойност.
2. Между 10-12V напрежението на батерията е нестабилно и токът варира.
3. Вътрешната температура на батерията се повишава бързо и температурата се повишава до 190-220°C, преди батерията да се спука.
4. Батерията е счупена.
Презареждането на тройните батерии е подобно на това на литиево-кобалтовите батерии.При презареждане на трикомпонентни батерии с квадратни алуминиеви черупки на пазара, OSD или CID ще се активират при влизане в зона III и токът ще бъде прекъснат, за да се предпази батерията от презареждане.
Препратки
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Време на публикуване: 07 декември 2022 г