Преполнувањето е една од најтешките ставки во тековниот тест за безбедност на литиумските батерии, па затоа е неопходно да се разбере механизмот на преполнување и тековните мерки за да се спречи преполнување.
Слика 1 е кривите на напонот и температурата на батеријата на системот NCM+LMO/Gr кога е преполнета.Напонот достигнува максимум на 5,4 V, а потоа напонот паѓа, што на крајот предизвикува термичко бегство.Кривите на напонот и температурата на преполнувањето на тројната батерија се многу слични на него.
Кога литиумската батерија е преполнета, таа ќе генерира топлина и гас.Топлината вклучува омска топлина и топлина генерирана од странични реакции, од кои главната е омската топлина.Несаканата реакција на батеријата предизвикана од преполнување е прво дека вишокот литиум се вметнува во негативната електрода, а литиумските дендрити ќе растат на површината на негативната електрода (односот N/P ќе влијае на почетната SOC на растот на литиум дендрит).Втората е дека вишокот на литиум се извлекува од позитивната електрода, што предизвикува колапс на структурата на позитивната електрода, ослободувајќи топлина и ослободувајќи кислород.Кислородот ќе го забрза распаѓањето на електролитот, внатрешниот притисок на батеријата ќе продолжи да расте, а сигурносниот вентил ќе се отвори по одредено ниво.Контактот на активниот материјал со воздухот дополнително генерира повеќе топлина.
Истражувањата покажаа дека намалувањето на количината на електролит значително ќе го намали производството на топлина и гас при преполнување.Дополнително, проучено е дека кога батеријата нема шина или безбедносниот вентил не може да се отвори нормално при преполнување, батеријата е подложна на експлозија.
Малото преполнување нема да предизвика термичко бегство, но ќе предизвика избледување на капацитетот.Студијата покажа дека кога батеријата со NCM/LMO хибриден материјал како позитивна електрода е преполнета, нема очигледно распаѓање на капацитетот кога SOC е помал од 120%, а капацитетот значително се распаѓа кога SOC е повисок од 130%.
Во моментов, постојат приближно неколку начини да се реши проблемот со прекумерното полнење:
1) Заштитниот напон е поставен во BMS, обично заштитниот напон е помал од максималниот напон при преполнување;
2) Подобрете ја отпорноста на преполнување на батеријата преку модификација на материјалот (како што е облогата на материјалот);
3) Додадете адитиви против преполнување, како што се редокс парови, на електролитот;
4) Со употреба на мембрана чувствителна на напон, кога батеријата е преполнета, отпорот на мембраната значително се намалува, што делува како шант;
5) Дизајните на OSD и CID се користат во батериите со квадратна обвивка од алуминиум, кои во моментов се вообичаени дизајни против преполнување.Батеријата на торбичката не може да постигне сличен дизајн.
Референци
Материјали за складирање енергија 10 (2018) 246–267
Овој пат ќе ги воведеме напонските и температурните промени на батеријата од литиум кобалт оксид при преполнување.Сликата подолу е кривата на напонот на преполнување и температурата на батеријата со литиум кобалт оксид, а хоризонталната оска е количината на разделување.Негативната електрода е графит, а електролитниот растворувач е EC/DMC.Капацитетот на батеријата е 1,5 Ah.Струјата на полнење е 1,5 А, а температурата е внатрешната температура на батеријата.
Зона I
1. Напонот на батеријата полека се зголемува.Позитивната електрода на литиум кобалт оксид делититира повеќе од 60%, а металниот литиум се таложи на страната на негативната електрода.
2. Батеријата е испакната, што може да се должи на оксидација на електролит под висок притисок на позитивната страна.
3. Температурата во основа е стабилна со благ пораст.
Зона II
1. Температурата почнува полека да расте.
2. Во опсег од 80~95%, импедансата на позитивната електрода се зголемува, а внатрешниот отпор на батеријата се зголемува, но се намалува на 95%.
3. Напонот на батеријата надминува 5V и го достигнува максимумот.
Зона III
1. На околу 95%, температурата на батеријата почнува брзо да расте.
2. Од околу 95%, до блиску до 100%, напонот на батеријата малку опаѓа.
3. Кога внатрешната температура на батеријата ќе достигне околу 100°C, напонот на батеријата нагло паѓа, што може да биде предизвикано од намалувањето на внатрешниот отпор на батеријата поради зголемувањето на температурата.
Зона IV
1. Кога внатрешната температура на батеријата е повисока од 135°C, PE сепараторот почнува да се топи, внатрешниот отпор на батеријата брзо се зголемува, напонот ја достигнува горната граница (~12V), а струјата паѓа на пониско вредност.
2. Помеѓу 10-12V, напонот на батеријата е нестабилен и струјата флуктуира.
3. Внатрешната температура на батеријата брзо се зголемува, а температурата се зголемува на 190-220°C пред да пукне батеријата.
4. Батеријата е скршена.
Преполнувањето на тројните батерии е слично како кај батериите со литиум кобалт оксид.При преполнување на тројни батерии со квадратни алуминиумски обвивки на пазарот, OSD или CID ќе се активираат при влегување во зона III, а струјата ќе се прекине за да се заштити батеријата од преполнување.
Референци
Весник на Електрохемиското друштво, 148 (8) A838-A844 (2001)
Време на објавување: Декември-07-2022 година