Перезарядка является одним из самых сложных вопросов в текущих испытаниях на безопасность литиевых батарей, поэтому необходимо понимать механизм перезарядки и текущие меры по предотвращению перезарядки.
На рис. 1 представлены кривые напряжения и температуры аккумуляторной батареи системы NCM+LMO/Gr при ее перезарядке.Напряжение достигает максимума при 5,4 В, а затем напряжение падает, что в конечном итоге приводит к тепловому разгону.Кривые напряжения и температуры перезаряда тройного аккумулятора очень похожи на него.
Когда литиевая батарея перезаряжена, она выделяет тепло и газ.Теплота включает омическую теплоту и теплоту побочных реакций, из которых омическая теплота является основной.Побочная реакция аккумулятора, вызванная перезарядкой, заключается, во-первых, в том, что избыток лития вводится в отрицательный электрод, и дендриты лития будут расти на поверхности отрицательного электрода (отношение N/P повлияет на начальную SOC роста дендритов лития).Во-вторых, из положительного электрода извлекается избыток лития, в результате чего структура положительного электрода разрушается, выделяя тепло и кислород.Кислород ускорит разложение электролита, внутреннее давление батареи продолжит расти, а предохранительный клапан откроется после определенного уровня.Контакт активного материала с воздухом приводит к дополнительному выделению тепла.
Исследования показали, что уменьшение количества электролита значительно снижает выделение тепла и газа при перезарядке.Кроме того, было изучено, что, когда батарея не имеет шины или предохранительный клапан не может нормально открываться во время перезарядки, батарея подвержена взрыву.
Небольшой перезаряд не приведет к тепловому разгону, но приведет к уменьшению емкости.Исследование показало, что когда батарея с гибридным материалом NCM/LMO в качестве положительного электрода перезаряжена, нет очевидного снижения емкости, когда SOC ниже 120%, и емкость значительно снижается, когда SOC выше 130%.
В настоящее время существует несколько способов решения проблемы перезарядки:
1) Напряжение защиты устанавливается в BMS, обычно напряжение защиты ниже, чем пиковое напряжение при перезарядке;
2) Улучшите устойчивость батареи к перезарядке за счет модификации материала (например, покрытия);
3) Добавьте в электролит присадки против перезарядки, такие как окислительно-восстановительные пары;
4) При использовании вольточувствительной мембраны при перезарядке батареи значительно снижается сопротивление мембраны, которая действует как шунт;
5) Конструкции OSD и CID используются в батареях с квадратным алюминиевым корпусом, которые в настоящее время являются распространенными конструкциями с защитой от перезаряда.Аккумуляторная сумка не может иметь подобную конструкцию.
Рекомендации
Материалы для хранения энергии 10 (2018) 246–267
На этот раз мы представим изменения напряжения и температуры литий-кобальт-оксидной батареи при ее перезарядке.На приведенном ниже рисунке представлены кривая напряжения перезарядки и температуры литий-кобальт-оксидной батареи, а по горизонтальной оси отложена степень делитирования.Отрицательный электрод - графит, а растворитель электролита - EC/DMC.Емкость аккумулятора составляет 1,5 Ач.Зарядный ток 1,5А, а температура - внутренняя температура аккумулятора.
Зона I
1. Напряжение батареи растет медленно.Положительный электрод из оксида лития-кобальта делитирует более чем на 60%, а металлический литий осаждается на стороне отрицательного электрода.
2. Аккумулятор вздут, что может быть связано с окислением электролита под высоким давлением на положительной стороне.
3. Температура в основном стабильная с небольшим повышением.
Зона II
1. Температура начинает медленно повышаться.
2. В диапазоне 80~95% сопротивление положительного электрода увеличивается, а внутреннее сопротивление батареи увеличивается, но уменьшается на 95%.
3. Напряжение аккумулятора превышает 5В и достигает максимума.
Зона III
1. Примерно при 95% температура батареи начинает быстро повышаться.
2. Примерно с 95% до уровня, близкого к 100%, напряжение батареи немного падает.
3. Когда внутренняя температура батареи достигает примерно 100°C, напряжение батареи резко падает, что может быть вызвано уменьшением внутреннего сопротивления батареи из-за повышения температуры.
Зона IV
1. Когда внутренняя температура батареи выше 135°C, сепаратор PE начинает плавиться, внутреннее сопротивление батареи быстро растет, напряжение достигает верхнего предела (~12 В), а ток падает до нижнего предела. ценить.
2. В диапазоне 10-12 В напряжение батареи нестабильно, а ток колеблется.
3. Внутренняя температура батареи быстро повышается, и температура поднимается до 190-220°C, прежде чем батарея разорвется.
4. Батарея сломана.
Перезарядка тройных батарей аналогична перезарядке литий-кобальтовых оксидных батарей.При перезарядке трехкомпонентных батарей с квадратными алюминиевыми корпусами, представленных на рынке, OSD или CID будут активированы при входе в зону III, и ток будет отключен для защиты батареи от перезарядки.
Рекомендации
Журнал Электрохимического общества, 148 (8) A838-A844 (2001)
Время публикации: 07 декабря 2022 г.