Prekomjerno punjenje jedna je od najtežih stavki u trenutnom testu sigurnosti litijske baterije, stoga je potrebno razumjeti mehanizam prekomjernog punjenja i trenutne mjere za sprječavanje prekomjernog punjenja.
Slika 1 je krivulja napona i temperature baterije sustava NCM+LMO/Gr kada je prepunjena.Napon doseže maksimum na 5,4 V, a zatim napon pada, što na kraju uzrokuje toplinski bijeg.Krivulje napona i temperature prenapunjenosti ternarne baterije vrlo su joj slične.
Kada se litijeva baterija prepuni, stvarat će toplinu i plin.Toplina uključuje omsku toplinu i toplinu generiranu sporednim reakcijama, od kojih je glavna omska toplina.Popratna reakcija baterije uzrokovana prekomjernim punjenjem je prvo da se višak litija umetne u negativnu elektrodu, a litijevi dendriti će rasti na površini negativne elektrode (omjer N/P će utjecati na početni SOC rasta litijevog dendrita).Drugi je da se višak litija izdvaja iz pozitivne elektrode, uzrokujući kolaps strukture pozitivne elektrode, oslobađajući toplinu i kisik.Kisik će ubrzati razgradnju elektrolita, unutarnji tlak baterije će nastaviti rasti, a sigurnosni ventil će se otvoriti nakon određene razine.Kontakt aktivnog materijala sa zrakom dalje stvara više topline.
Istraživanja su pokazala da će smanjenje količine elektrolita značajno smanjiti proizvodnju topline i plina tijekom prekomjernog punjenja.Osim toga, proučavano je da kada baterija nema udlagu ili se sigurnosni ventil ne može normalno otvoriti tijekom prekomjernog punjenja, baterija je sklona eksploziji.
Lagano prekomjerno punjenje neće uzrokovati toplinski bijeg, ali će uzrokovati gubitak kapaciteta.Studija je otkrila da kada je baterija s NCM/LMO hibridnim materijalom kao pozitivnom elektrodom prenapunjena, nema očitog pada kapaciteta kada je SOC manji od 120%, a kapacitet značajno opada kada je SOC viši od 130%.
Trenutačno postoji nekoliko načina za rješavanje problema prekomjernog punjenja:
1) Zaštitni napon postavljen je u BMS-u, obično je zaštitni napon niži od vršnog napona tijekom prekomjernog punjenja;
2) Poboljšajte otpornost baterije na prekomjerno punjenje modifikacijom materijala (kao što je premaz materijala);
3) Dodajte aditive protiv prekomjernog punjenja, kao što su redoks parovi, u elektrolit;
4) Upotrebom membrane osjetljive na napon, kada je baterija prepunjena, otpor membrane se značajno smanjuje, što djeluje kao shunt;
5) OSD i CID dizajni koriste se u kvadratnim aluminijskim baterijama, koje su trenutno uobičajeni dizajni protiv prekomjernog punjenja.Torbičasta baterija ne može postići sličan dizajn.
Reference
Materijali za pohranu energije 10 (2018) 246–267
Ovaj put ćemo predstaviti promjene napona i temperature litij kobalt oksidne baterije kada se prepuni.Slika ispod je krivulja napona prepunjavanja i temperature litij-kobalt-oksidne baterije, a vodoravna os je količina delitijalizacije.Negativna elektroda je grafit, a otapalo elektrolita je EC/DMC.Kapacitet baterije je 1.5Ah.Struja punjenja je 1.5A, a temperatura je unutarnja temperatura baterije.
Zona I
1. Napon baterije polako raste.Pozitivna elektroda od litij kobalt oksida delitira više od 60%, a metalni litij se taloži na strani negativne elektrode.
2. Baterija je ispupčena, što može biti posljedica oksidacije elektrolita pod visokim tlakom na pozitivnoj strani.
3. Temperatura je u osnovi stabilna uz lagani porast.
Zona II
1. Temperatura počinje polako rasti.
2. U rasponu od 80~95%, impedancija pozitivne elektrode raste, a unutarnji otpor baterije raste, ali se smanjuje na 95%.
3. Napon baterije prelazi 5V i dostiže maksimum.
Zona III
1. Na oko 95%, temperatura baterije počinje brzo rasti.
2. Od oko 95%, pa sve do blizu 100%, napon baterije lagano opada.
3. Kada unutarnja temperatura baterije dosegne oko 100°C, napon baterije naglo pada, što može biti uzrokovano smanjenjem unutarnjeg otpora baterije zbog povećanja temperature.
Zona IV
1. Kada je unutarnja temperatura baterije viša od 135°C, PE separator se počinje topiti, unutarnji otpor baterije brzo raste, napon doseže gornju granicu (~12V), a struja pada na nižu vrijednost.
2. Između 10-12V, napon baterije je nestabilan i struja varira.
3. Unutarnja temperatura baterije brzo raste i temperatura raste na 190-220°C prije nego što baterija pukne.
4. Baterija je pokvarena.
Prenapunjenost ternarnih baterija je slična onoj kod litij-kobalt-oksidnih baterija.Prilikom prekomjernog punjenja ternarnih baterija s četvrtastim aluminijskim kućištima 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: 7. prosinca 2022