يعد الشحن الزائد أحد أصعب العناصر في اختبار أمان بطارية الليثيوم الحالي ، لذلك من الضروري فهم آلية الشحن الزائد والتدابير الحالية لمنع الشحن الزائد.
الصورة 1 هي منحنيات الجهد ودرجة الحرارة لبطارية نظام NCM + LMO / Gr عند الشحن الزائد.يصل الجهد إلى أقصى حد عند 5.4 فولت ، ثم ينخفض الجهد ، مما يؤدي في النهاية إلى هروب حراري.تشبه منحنيات الجهد ودرجة الحرارة للشحن الزائد للبطارية الثلاثية إلى حد بعيد ذلك.
عندما يتم شحن بطارية الليثيوم أكثر من اللازم ، فإنها ستولد حرارة وغازًا.تشتمل الحرارة على حرارة أومية وحرارة ناتجة عن تفاعلات جانبية ، ومن أهمها الحرارة الأومية.رد الفعل الجانبي للبطارية الناتج عن الشحن الزائد هو أولاً إدخال الليثيوم الزائد في القطب السالب ، وسوف تنمو تشعبات الليثيوم على سطح القطب السالب (ستؤثر نسبة N / P على SOC الأولي لنمو تغصن الليثيوم).والثاني هو أن الليثيوم الزائد يتم استخلاصه من القطب الموجب ، مما يتسبب في انهيار هيكل القطب الموجب ، وإطلاق الحرارة وإطلاق الأكسجين.سيسرع الأكسجين من تحلل الإلكتروليت ، وسيستمر الضغط الداخلي للبطارية في الارتفاع ، وسيفتح صمام الأمان بعد مستوى معين.يولد اتصال المادة الفعالة بالهواء مزيدًا من الحرارة.
أظهرت الدراسات أن تقليل كمية الإلكتروليت سيقلل بشكل كبير من إنتاج الحرارة والغاز أثناء الشحن الزائد.بالإضافة إلى ذلك ، تمت دراسة أنه عندما لا تحتوي البطارية على جبيرة أو لا يمكن فتح صمام الأمان بشكل طبيعي أثناء الشحن الزائد ، تكون البطارية عرضة للانفجار.
لن يتسبب الشحن الزائد الطفيف في حدوث هروب حراري ، ولكنه سيؤدي إلى تلاشي السعة.وجدت الدراسة أنه عندما يتم شحن البطارية التي تحتوي على مادة هجينة NCM / LMO مثل القطب الموجب ، لا يوجد تناقص واضح في السعة عندما يكون SOC أقل من 120 ٪ ، وتتحلل السعة بشكل كبير عندما يكون SOC أعلى من 130 ٪.
في الوقت الحالي ، هناك عدة طرق تقريبًا لحل مشكلة الشحن الزائد:
1) يتم ضبط جهد الحماية في BMS ، وعادة ما يكون جهد الحماية أقل من جهد الذروة أثناء الشحن الزائد ؛
2) تحسين مقاومة الشحن الزائد للبطارية من خلال تعديل المواد (مثل طلاء المواد) ؛
3) إضافة إضافات مقاومة الشحن الزائد ، مثل أزواج الأكسدة والاختزال ، إلى المنحل بالكهرباء ؛
4) باستخدام غشاء حساس للجهد ، عند زيادة شحن البطارية ، تقل مقاومة الغشاء بشكل كبير ، والتي تعمل بمثابة تحويلة ؛
5) تُستخدم تصميمات OSD و CID في بطاريات غلاف الألومنيوم المربعة ، والتي تعد حاليًا تصميمات شائعة ضد الشحن الزائد.لا يمكن لبطارية الحقيبة أن تحقق تصميمًا مشابهًا.
مراجع
مواد تخزين الطاقة 10 (2018) 246-267
هذه المرة ، سوف نقدم تغييرات الجهد ودرجة الحرارة لبطارية أكسيد الكوبالت الليثيوم عند الشحن الزائد.الصورة أدناه هي الجهد الزائد ومنحنى درجة الحرارة لبطارية أكسيد الكوبالت الليثيوم ، والمحور الأفقي هو مقدار التفريغ.القطب السالب هو الجرافيت ، والمذيب بالكهرباء هو EC / DMC.سعة البطارية 1.5 أمبير.تيار الشحن 1.5A ، ودرجة الحرارة هي درجة الحرارة الداخلية للبطارية.
المنطقة الأولى
1. يرتفع جهد البطارية ببطء.يحد القطب الموجب لأكسيد الكوبالت الليثيوم أكثر من 60٪ ، والليثيوم المعدني يترسب على جانب القطب السالب.
2. انتفاخ البطارية ، والذي قد يكون بسبب الضغط العالي لأكسدة المنحل بالكهرباء على الجانب الموجب.
3. درجة الحرارة مستقرة مع إرتفاع طفيف.
المنطقة الثانية
1. تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع ببطء.
2. في نطاق 80 ~ 95٪ ، تزداد مقاومة القطب الموجب ، وتزداد المقاومة الداخلية للبطارية ، ولكنها تنخفض بنسبة 95٪.
3. يتجاوز جهد البطارية 5 فولت ويصل إلى الحد الأقصى.
المنطقة الثالثة
1. عند حوالي 95٪ ، تبدأ درجة حرارة البطارية في الارتفاع بسرعة.
2. من حوالي 95٪ ، حتى ما يقرب من 100٪ ، ينخفض جهد البطارية قليلاً.
3. عندما تصل درجة الحرارة الداخلية للبطارية إلى حوالي 100 درجة مئوية ، ينخفض جهد البطارية بشكل حاد ، والذي قد يكون بسبب انخفاض المقاومة الداخلية للبطارية بسبب ارتفاع درجة الحرارة.
المنطقة الرابعة
1. عندما تكون درجة الحرارة الداخلية للبطارية أعلى من 135 درجة مئوية ، يبدأ فاصل PE في الذوبان ، وترتفع المقاومة الداخلية للبطارية بسرعة ، ويصل الجهد إلى الحد الأعلى (~ 12V) ، وينخفض التيار إلى أقل قيمة.
2. الجهد الكهربائي للبطارية بين 10-12 فولت غير مستقر والتيار متذبذب.
3. ترتفع درجة الحرارة الداخلية للبطارية بسرعة ، وترتفع درجة الحرارة إلى 190-220 درجة مئوية قبل أن تنفجر البطارية.
4. البطارية معطلة.
إن الشحن الزائد للبطاريات الثلاثية مشابه لشحن بطاريات أكسيد الكوبالت الليثيوم.عند الشحن الزائد للبطاريات الثلاثية بأغلفة ألومنيوم مربعة في السوق ، سيتم تنشيط OSD أو CID عند دخول المنطقة III ، وسيتم قطع التيار لحماية البطارية من الشحن الزائد.
مراجع
مجلة الجمعية الكهروكيميائية ، 148 (8) A838-A844 (2001).
الوقت ما بعد: ديسمبر 07-2022