Ang overcharging ay isa sa pinakamahirap na bagay sa kasalukuyang pagsubok sa kaligtasan ng baterya ng lithium, kaya kailangang maunawaan ang mekanismo ng sobrang pagsingil at ang kasalukuyang mga hakbang upang maiwasan ang sobrang pagsingil.
Ang larawan 1 ay ang mga curve ng boltahe at temperatura ng NCM+LMO/Gr system na baterya kapag ito ay na-overcharge.Ang boltahe ay umabot sa maximum sa 5.4V, at pagkatapos ay bumaba ang boltahe, na kalaunan ay nagiging sanhi ng thermal runaway.Ang mga curve ng boltahe at temperatura ng overcharge ng ternary na baterya ay halos kapareho nito.
Kapag na-overcharge ang lithium battery, bubuo ito ng init at gas.Kasama sa init ang ohmic na init at init na nabuo ng mga side reaction, kung saan ang ohmic heat ang pangunahing.Ang side reaction ng baterya na dulot ng overcharging ay una na ang sobrang lithium ay ipinapasok sa negatibong elektrod, at ang mga lithium dendrite ay lalago sa ibabaw ng negatibong elektrod (N/P ratio ay makakaapekto sa paunang SOC ng lithium dendrite growth).Ang pangalawa ay ang labis na lithium ay nakuha mula sa positibong elektrod, na nagiging sanhi ng pagbagsak ng istraktura ng positibong elektrod, naglalabas ng init at naglalabas ng oxygen.Pabilisin ng oxygen ang pagkabulok ng electrolyte, ang panloob na presyon ng baterya ay patuloy na tataas, at ang balbula ng kaligtasan ay magbubukas pagkatapos ng isang tiyak na antas.Ang pakikipag-ugnay ng aktibong materyal sa hangin ay higit na nagdudulot ng mas maraming init.
Ipinakita ng mga pag-aaral na ang pagbabawas ng dami ng electrolyte ay makabuluhang bawasan ang produksyon ng init at gas sa panahon ng overcharging.Bilang karagdagan, napag-aralan na kapag ang baterya ay walang splint o ang safety valve ay hindi mabubuksan nang normal sa panahon ng overcharging, ang baterya ay madaling sumabog.
Ang bahagyang overcharging ay hindi magiging sanhi ng thermal runaway, ngunit magiging sanhi ng pagkupas ng kapasidad.Nalaman ng pag-aaral na kapag ang baterya na may NCM/LMO hybrid na materyal bilang positibong electrode ay na-overcharge, walang halatang pagkabulok ng kapasidad kapag ang SOC ay mas mababa sa 120%, at ang kapasidad ay nabubulok nang malaki kapag ang SOC ay mas mataas sa 130%.
Sa kasalukuyan, may halos ilang paraan upang malutas ang problema sa sobrang pagsingil:
1) Ang boltahe ng proteksyon ay nakatakda sa BMS, kadalasan ang boltahe ng proteksyon ay mas mababa kaysa sa peak na boltahe sa panahon ng overcharging;
2) Pagbutihin ang overcharge resistance ng baterya sa pamamagitan ng material modification (tulad ng material coating);
3) Magdagdag ng mga anti-overcharge additives, tulad ng redox pairs, sa electrolyte;
4) Sa paggamit ng boltahe na sensitibong lamad, kapag ang baterya ay na-overcharge, ang paglaban ng lamad ay makabuluhang nabawasan, na nagsisilbing isang paglilipat;
5) Ang mga disenyo ng OSD at CID ay ginagamit sa mga square aluminum shell na baterya, na kasalukuyang karaniwang mga disenyong anti-overcharge.Ang baterya ng pouch ay hindi makakamit ng katulad na disenyo.
Mga sanggunian
Mga Materyales sa Pag-iimbak ng Enerhiya 10 (2018) 246–267
Sa pagkakataong ito, ipapakilala namin ang mga pagbabago sa boltahe at temperatura ng baterya ng lithium cobalt oxide kapag na-overcharge ito.Ang larawan sa ibaba ay ang overcharge na boltahe at curve ng temperatura ng baterya ng lithium cobalt oxide, at ang pahalang na axis ay ang halaga ng delithiation.Ang negatibong electrode ay grapayt, at ang electrolyte solvent ay EC/DMC.Ang kapasidad ng baterya ay 1.5Ah.Ang kasalukuyang nagcha-charge ay 1.5A, at ang temperatura ay ang panloob na temperatura ng baterya.
Zone I
1. Mabagal na tumataas ang boltahe ng baterya.Ang positibong elektrod ng lithium cobalt oxide ay nagde-delithiate ng higit sa 60%, at ang metal lithium ay namuo sa negatibong bahagi ng elektrod.
2. Ang baterya ay nakaumbok, na maaaring dahil sa mataas na presyon ng oksihenasyon ng electrolyte sa positibong bahagi.
3. Ang temperatura ay karaniwang matatag na may bahagyang pagtaas.
Sona II
1. Ang temperatura ay nagsisimula nang dahan-dahang tumaas.
2. Sa hanay na 80~95%, tumataas ang impedance ng positibong elektrod, at tumataas ang panloob na resistensya ng baterya, ngunit bumababa ito sa 95%.
3. Ang boltahe ng baterya ay lumampas sa 5V at umabot sa maximum.
Sona III
1. Sa humigit-kumulang 95%, ang temperatura ng baterya ay nagsisimula nang mabilis na tumaas.
2. Mula sa mga 95%, hanggang malapit sa 100%, ang boltahe ng baterya ay bahagyang bumaba.
3. Kapag ang panloob na temperatura ng baterya ay umabot sa humigit-kumulang 100°C, ang boltahe ng baterya ay bumababa nang husto, na maaaring sanhi ng pagbaba ng panloob na resistensya ng baterya dahil sa pagtaas ng temperatura.
Zone IV
1. Kapag ang panloob na temperatura ng baterya ay mas mataas sa 135°C, ang PE separator ay nagsisimulang matunaw, ang panloob na resistensya ng baterya ay mabilis na tumataas, ang boltahe ay umabot sa itaas na limitasyon (~12V), at ang kasalukuyang bumababa sa mas mababang halaga.
2. Sa pagitan ng 10-12V, ang boltahe ng baterya ay hindi matatag at ang kasalukuyang ay nagbabago.
3. Ang panloob na temperatura ng baterya ay mabilis na tumataas, at ang temperatura ay tumataas sa 190-220°C bago masira ang baterya.
4. Nasira ang baterya.
Ang sobrang pagsingil ng mga ternary na baterya ay katulad ng sa lithium cobalt oxide na mga baterya.Kapag nag-overcharging ng mga ternary na baterya na may mga square aluminum shell sa merkado, ang OSD o CID ay isaaktibo kapag papasok sa Zone III, at ang kasalukuyang ay puputulin upang maprotektahan ang baterya mula sa sobrang pag-charge.
Mga sanggunian
Journal ng The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Oras ng post: Dis-07-2022