Prekomjerno punjenje je jedna od najtežih stavki u trenutnom sigurnosnom testu litijumske baterije, pa je neophodno razumjeti mehanizam prepunjavanja i trenutne mjere za sprječavanje prekomjernog punjenja.
Slika 1 je krivulja napona i temperature baterije sistema NCM+LMO/Gr kada je prenapunjena.Napon dostiže maksimum na 5,4V, a zatim napon opada, što na kraju uzrokuje termički bijeg.Krivulje napona i temperature prepunjenosti ternarne baterije su vrlo slične njoj.
Kada je litijumska baterija prenapunjena, proizvodiće toplotu i gas.Toplina uključuje omsku toplinu i toplinu generiranu sporednim reakcijama, od kojih je omska toplina glavna.Sporedna reakcija baterije uzrokovana prekomjernim punjenjem je prvo da se višak litija ubaci u negativnu elektrodu, a litij dendriti će rasti na površini negativne elektrode (N/P odnos će utjecati na početni SOC rasta litij dendrita).Drugi je da se višak litijuma izvlači iz pozitivne elektrode, uzrokujući kolaps strukture pozitivne elektrode, oslobađajući toplinu i oslobađajući kisik.Kiseonik će ubrzati razgradnju elektrolita, unutrašnji pritisak baterije će nastaviti da raste, a sigurnosni ventil će se otvoriti nakon određenog nivoa.Kontakt aktivnog materijala sa vazduhom dalje stvara više toplote.
Studije su pokazale da će smanjenje količine elektrolita značajno smanjiti proizvodnju toplote i gasa tokom prepunjavanja.Osim toga, ispitano je da kada baterija nema uložak ili se sigurnosni ventil ne može normalno otvoriti tokom prepunjavanja, baterija je sklona eksploziji.
Lagano prekomjerno punjenje neće uzrokovati toplinski bijeg, ali će uzrokovati smanjenje kapaciteta.Studija je otkrila da kada je baterija sa NCM/LMO hibridnim materijalom kao pozitivna elektroda prenapunjena, nema očiglednog pada kapaciteta kada je SOC niži od 120%, a kapacitet značajno opada kada je SOC veći od 130%.
Trenutno postoji otprilike nekoliko načina za rješavanje problema prekomjernog punjenja:
1) Zaštitni napon je podešen u BMS-u, obično je zaštitni napon niži od vršnog napona tokom prepunjavanja;
2) Poboljšajte otpornost baterije na prekomjerno punjenje modifikacijom materijala (kao što je premaz materijala);
3) Dodajte aditive protiv prepunjavanja, kao što su redoks parovi, u elektrolit;
4) Upotrebom membrane osetljive na napon, kada je baterija prepunjena, otpor membrane se značajno smanjuje, što deluje kao šant;
5) OSD i CID dizajn se koristi u četvrtastim aluminijskim baterijama, koje su trenutno uobičajeni dizajni protiv prekomjernog punjenja.Baterija u torbici ne može postići sličan dizajn.
Reference
Materijali za skladištenje energije 10 (2018) 246–267
Ovaj put ćemo predstaviti promjene napona i temperature litijum-kobalt oksidne baterije kada je prenapunjena.Slika ispod je krivulja napona prekomjernog punjenja i temperaturne krivulje litijum-kobalt oksidne baterije, a horizontalna os je količina delicije.Negativna elektroda je grafit, a rastvarač elektrolita je EC/DMC.Kapacitet baterije je 1,5 Ah.Struja punjenja je 1,5A, a temperatura je unutrašnja temperatura baterije.
Zona I
1. Napon baterije polako raste.Pozitivna elektroda litijum-kobalt oksida delitira više od 60%, a metalni litijum se taloži na strani negativne elektrode.
2. Baterija je ispupčena, što može biti posljedica oksidacije elektrolita pod visokim pritiskom na pozitivnoj strani.
3. Temperatura je u osnovi stabilna sa blagim porastom.
Zona II
1. Temperatura počinje polako da raste.
2. U rasponu od 80~95%, impedancija pozitivne elektrode se povećava, a unutrašnji otpor baterije se povećava, ali se smanjuje za 95%.
3. Napon baterije prelazi 5V i dostiže maksimum.
Zona III
1. Na oko 95%, temperatura baterije počinje naglo rasti.
2. Od oko 95% do blizu 100%, napon baterije lagano opada.
3. Kada unutrašnja temperatura baterije dostigne oko 100°C, napon baterije naglo opada, što može biti uzrokovano smanjenjem unutrašnjeg otpora baterije zbog povećanja temperature.
Zona IV
1. Kada je unutrašnja temperatura baterije viša od 135°C, PE separator počinje da se topi, unutrašnji otpor baterije brzo raste, napon dostiže gornju granicu (~12V), a struja pada na donju vrijednost.
2. Između 10-12V, napon baterije je nestabilan i struja fluktuira.
3. Unutrašnja temperatura baterije brzo raste, a temperatura raste na 190-220°C prije nego što baterija pukne.
4. Baterija je pokvarena.
Prekomjerno punjenje ternarnih baterija je slično kao kod litijum-kobalt oksidnih baterija.Prilikom prekomjernog punjenja trojnih baterija s kvadratnim aluminijskim kućištem na tržištu, OSD ili CID će se aktivirati pri ulasku u zonu III, a struja će biti prekinuta kako bi se baterija zaštitila od prekomjernog punjenja.
Reference
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Vrijeme objave: Dec-07-2022