Pengecasan berlebihan adalah salah satu perkara yang paling sukar dalam ujian keselamatan bateri litium semasa, jadi adalah perlu untuk memahami mekanisme pengecasan berlebihan dan langkah semasa untuk mengelakkan pengecasan berlebihan.
Gambar 1 ialah lengkung voltan dan suhu bagi bateri sistem NCM+LMO/Gr apabila ia dicas berlebihan.Voltan mencapai maksimum pada 5.4V, dan kemudian voltan menurun, akhirnya menyebabkan pelarian haba.Keluk voltan dan suhu pengecasan berlebihan bateri ternary sangat serupa dengannya.
Apabila bateri litium dicas berlebihan, ia akan menghasilkan haba dan gas.Haba termasuk haba ohmik dan haba yang dihasilkan oleh tindak balas sampingan, yang mana haba ohmik adalah yang utama.Tindak balas sampingan bateri yang disebabkan oleh pengecasan berlebihan adalah pertama sekali litium berlebihan dimasukkan ke dalam elektrod negatif, dan dendrit litium akan tumbuh pada permukaan elektrod negatif (nisbah N/P akan menjejaskan SOC awal pertumbuhan dendrit litium).Yang kedua ialah litium berlebihan diekstrak daripada elektrod positif, menyebabkan struktur elektrod positif runtuh, melepaskan haba dan membebaskan oksigen.Oksigen akan mempercepatkan penguraian elektrolit, tekanan dalaman bateri akan terus meningkat, dan injap keselamatan akan terbuka selepas tahap tertentu.Sentuhan bahan aktif dengan udara seterusnya menghasilkan lebih banyak haba.
Kajian telah menunjukkan bahawa mengurangkan jumlah elektrolit akan mengurangkan pengeluaran haba dan gas dengan ketara semasa pengecasan berlebihan.Di samping itu, telah dikaji bahawa apabila bateri tidak mempunyai splint atau injap keselamatan tidak boleh dibuka secara normal semasa pengecasan berlebihan, bateri terdedah kepada letupan.
Pengecasan berlebihan sedikit tidak akan menyebabkan pelarian haba, tetapi akan menyebabkan kapasiti pudar.Kajian mendapati bahawa apabila bateri dengan bahan hibrid NCM/LMO sebagai elektrod positif dicas berlebihan, tiada pereputan kapasiti yang jelas apabila SOC lebih rendah daripada 120%, dan kapasiti mereput dengan ketara apabila SOC lebih tinggi daripada 130%.
Pada masa ini, terdapat kira-kira beberapa cara untuk menyelesaikan masalah pengecasan berlebihan:
1) Voltan perlindungan ditetapkan dalam BMS, biasanya voltan perlindungan lebih rendah daripada voltan puncak semasa pengecasan berlebihan;
2) Meningkatkan rintangan cas berlebihan bateri melalui pengubahsuaian bahan (seperti salutan bahan);
3) Tambah bahan tambahan anti-caj berlebihan, seperti pasangan redoks, kepada elektrolit;
4) Dengan penggunaan membran sensitif voltan, apabila bateri dicas berlebihan, rintangan membran berkurangan dengan ketara, yang bertindak sebagai shunt;
5) Reka bentuk OSD dan CID digunakan dalam bateri shell aluminium persegi, yang pada masa ini merupakan reka bentuk anti-overcharge yang biasa.Bateri kantung tidak boleh mencapai reka bentuk yang serupa.
Rujukan
Bahan Penyimpanan Tenaga 10 (2018) 246–267
Kali ini, kami akan memperkenalkan perubahan voltan dan suhu bateri lithium kobalt oksida apabila ia dicas berlebihan.Gambar di bawah ialah voltan cas berlebihan dan lengkung suhu bateri lithium kobalt oksida, dan paksi mendatar ialah jumlah penyahcairan.Elektrod negatif ialah grafit, dan pelarut elektrolit ialah EC/DMC.Kapasiti bateri ialah 1.5Ah.Arus pengecasan ialah 1.5A, dan suhu ialah suhu dalaman bateri.
Zon I
1. Voltan bateri naik perlahan.Elektrod positif litium kobalt oksida mengecilkan lebih daripada 60%, dan litium logam dimendakkan pada bahagian elektrod negatif.
2. Bateri membonjol, yang mungkin disebabkan oleh pengoksidaan tekanan tinggi elektrolit pada bahagian positif.
3. Suhu pada asasnya stabil dengan sedikit kenaikan.
Zon II
1. Suhu mula naik perlahan-lahan.
2. Dalam julat 80~95%, impedans elektrod positif meningkat, dan rintangan dalaman bateri meningkat, tetapi ia berkurangan pada 95%.
3. Voltan bateri melebihi 5V dan mencapai maksimum.
Zon III
1. Pada kira-kira 95%, suhu bateri mula meningkat dengan cepat.
2. Dari kira-kira 95%, sehingga hampir 100%, voltan bateri turun sedikit.
3. Apabila suhu dalaman bateri mencapai kira-kira 100°C, voltan bateri turun dengan mendadak, yang mungkin disebabkan oleh penurunan rintangan dalaman bateri akibat peningkatan suhu.
Zon IV
1. Apabila suhu dalaman bateri lebih tinggi daripada 135°C, pemisah PE mula cair, rintangan dalaman bateri meningkat dengan cepat, voltan mencapai had atas (~12V), dan arus turun ke bawah. nilai.
2. Antara 10-12V, voltan bateri tidak stabil dan arus turun naik.
3. Suhu dalaman bateri meningkat dengan cepat, dan suhu meningkat kepada 190-220°C sebelum bateri pecah.
4. Bateri rosak.
Pengecasan berlebihan bateri ternary adalah serupa dengan bateri litium kobalt oksida.Apabila mengecas berlebihan bateri ternary dengan cangkerang aluminium segi empat sama di pasaran, OSD atau CID akan diaktifkan apabila memasuki Zon III, dan arus akan terputus untuk melindungi bateri daripada pengecasan berlebihan.
Rujukan
Jurnal Persatuan Elektrokimia, 148 (8) A838-A844 (2001)
Masa siaran: Dis-07-2022