La sobrecàrrega és un dels elements més difícils de la prova de seguretat actual de la bateria de liti, per la qual cosa cal entendre el mecanisme de sobrecàrrega i les mesures actuals per evitar la sobrecàrrega.
La imatge 1 és les corbes de tensió i temperatura de la bateria del sistema NCM+LMO/Gr quan està sobrecarregada.La tensió arriba a un màxim a 5,4 V, i aleshores la tensió cau, provocant eventualment una fuga tèrmica.Les corbes de tensió i temperatura de la sobrecàrrega de la bateria ternària són molt semblants a aquesta.
Quan la bateria de liti està sobrecarregada, generarà calor i gas.La calor inclou la calor òhmica i la calor generada per reaccions laterals, de les quals la calor òhmica és la principal.La reacció lateral de la bateria causada per la sobrecàrrega és, en primer lloc, que l'excés de liti s'insereix a l'elèctrode negatiu i les dendrites de liti creixeran a la superfície de l'elèctrode negatiu (la relació N/P afectarà el SOC inicial del creixement de les dendrites de liti).La segona és que l'excés de liti s'extreu de l'elèctrode positiu, provocant que l'estructura de l'elèctrode positiu es col·lapsi, alliberant calor i alliberant oxigen.L'oxigen accelerarà la descomposició de l'electròlit, la pressió interna de la bateria continuarà augmentant i la vàlvula de seguretat s'obrirà després d'un cert nivell.El contacte del material actiu amb l'aire genera més calor.
Els estudis han demostrat que reduir la quantitat d'electròlit reduirà significativament la producció de calor i gas durant la sobrecàrrega.A més, s'ha estudiat que quan la bateria no té una fèrula o la vàlvula de seguretat no es pot obrir amb normalitat durant la sobrecàrrega, la bateria és propensa a l'explosió.
Una lleugera sobrecàrrega no provocarà una fuga tèrmica, però provocarà un esvaïment de la capacitat.L'estudi va trobar que quan la bateria amb material híbrid NCM/LMO com a elèctrode positiu es sobrecarrega, no hi ha una disminució de la capacitat evident quan el SOC és inferior al 120% i la capacitat disminueix significativament quan el SOC és superior al 130%.
Actualment, hi ha aproximadament diverses maneres de resoldre el problema de la sobrecàrrega:
1) La tensió de protecció s'estableix al BMS, normalment la tensió de protecció és inferior a la tensió màxima durant la sobrecàrrega;
2) Millorar la resistència a la sobrecàrrega de la bateria mitjançant la modificació del material (com ara el recobriment del material);
3) Afegiu additius anti-sobrecàrrega, com ara parells redox, a l'electròlit;
4) Amb l'ús de membrana sensible a la tensió, quan la bateria està sobrecarregada, la resistència de la membrana es redueix significativament, que actua com una derivació;
5) Els dissenys OSD i CID s'utilitzen en bateries quadrades d'alumini, que actualment són dissenys anti-sobrecàrrega habituals.La bateria de la bossa no pot aconseguir un disseny similar.
Referències
Energy Storage Materials 10 (2018) 246–267
Aquesta vegada, introduirem els canvis de tensió i temperatura de la bateria d'òxid de liti-cobalt quan es sobrecarrega.La imatge següent és la tensió de sobrecàrrega i la corba de temperatura de la bateria d'òxid de cobalt de liti, i l'eix horitzontal és la quantitat de delitiació.L'elèctrode negatiu és grafit i el dissolvent d'electròlit és EC/DMC.La capacitat de la bateria és de 1,5 Ah.El corrent de càrrega és d'1,5 A i la temperatura és la temperatura interna de la bateria.
Zona I
1. La tensió de la bateria augmenta lentament.L'elèctrode positiu de l'òxid de cobalt de liti es delitia més del 60% i el liti metàl·lic es precipita al costat de l'elèctrode negatiu.
2. La bateria està abombada, cosa que pot ser deguda a l'oxidació a alta pressió de l'electròlit al costat positiu.
3. La temperatura és bàsicament estable amb un lleuger augment.
Zona II
1. La temperatura comença a pujar lentament.
2. En el rang del 80 ~ 95%, la impedància de l'elèctrode positiu augmenta i la resistència interna de la bateria augmenta, però disminueix al 95%.
3. La tensió de la bateria supera els 5V i arriba al màxim.
Zona III
1. Al voltant del 95%, la temperatura de la bateria comença a augmentar ràpidament.
2. Des del 95% aproximadament, fins a prop del 100%, la tensió de la bateria baixa lleugerament.
3. Quan la temperatura interna de la bateria arriba als 100 °C, la tensió de la bateria baixa bruscament, cosa que pot ser causada per la disminució de la resistència interna de la bateria a causa de l'augment de la temperatura.
Zona IV
1. Quan la temperatura interna de la bateria és superior a 135 ° C, el separador PE comença a fondre, la resistència interna de la bateria augmenta ràpidament, la tensió arriba al límit superior (~ 12 V) i el corrent baixa a un nivell inferior. valor.
2. Entre 10 i 12 V, la tensió de la bateria és inestable i el corrent fluctua.
3. La temperatura interna de la bateria augmenta ràpidament i la temperatura puja a 190-220 °C abans que la bateria es trenqui.
4. La bateria està trencada.
La sobrecàrrega de les bateries ternàries és similar a la de les bateries d'òxid de liti-cobalt.En sobrecarregar bateries ternàries amb carcassa d'alumini quadrada al mercat, l'OSD o CID s'activarà en entrar a la Zona III i es tallarà el corrent per protegir la bateria de la sobrecàrrega.
Referències
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Hora de publicació: 07-12-2022