טעינת יתר היא אחד הפריטים הקשים ביותר במבחן הבטיחות הנוכחי של סוללת ליתיום, ולכן יש צורך להבין את מנגנון טעינת היתר ואת האמצעים הנוכחיים למניעת טעינת יתר.
תמונה 1 היא עקומות המתח והטמפרטורה של סוללת מערכת NCM+LMO/Gr כאשר היא טעונה יתר על המידה.המתח מגיע למקסימום ב-5.4V, ואז המתח יורד, ובסופו של דבר גורם לבריחה תרמית.עקומות המתח והטמפרטורה של טעינת היתר של הסוללה המשולשת דומות לה מאוד.
כאשר סוללת הליתיום נטענת יתר על המידה, היא תייצר חום וגז.החום כולל חום אוהם וחום שנוצר על ידי תגובות צד, שהחום האוהמי הוא העיקרי שבהם.תגובת הצד של הסוללה הנגרמת מטעינת יתר היא ראשית שעודף ליתיום מוחדר לאלקטרודה השלילית, ודנדריטים של ליתיום יצמחו על פני האלקטרודה השלילית (יחס N/P ישפיע על ה-SOC הראשוני של צמיחת דנדריט ליתיום).השני הוא שעודפי ליתיום מופקים מהאלקטרודה החיובית, מה שגורם למבנה האלקטרודה החיובית להתמוטט, לשחרר חום ולשחרר חמצן.החמצן יאיץ את פירוק האלקטרוליט, הלחץ הפנימי של הסוללה ימשיך לעלות ושסתום הבטיחות ייפתח לאחר רמה מסוימת.המגע של החומר הפעיל עם האוויר יוצר עוד יותר חום.
מחקרים הראו שהפחתת כמות האלקטרוליט תפחית משמעותית את ייצור החום והגז בזמן טעינת יתר.בנוסף, נחקר שכאשר לסוללה אין סד או שלא ניתן לפתוח את שסתום הבטיחות כרגיל בזמן טעינת יתר, המצבר נוטה להתפוצץ.
טעינת יתר קלה לא תגרום לבריחה תרמית, אלא תגרום לדהיית קיבולת.המחקר מצא שכאשר הסוללה עם חומר היברידי NCM/LMO כאלקטרודה החיובית נטענת יתר על המידה, אין דעיכה ברורה של קיבולת כאשר ה-SOC נמוך מ-120%, והקיבולת פוחתת באופן משמעותי כאשר ה-SOC גבוה מ-130%.
נכון לעכשיו, יש בערך כמה דרכים לפתור את בעיית טעינת היתר:
1) מתח ההגנה נקבע ב-BMS, בדרך כלל מתח ההגנה נמוך ממתח השיא במהלך טעינת יתר;
2) שפר את עמידות הטעינה של הסוללה באמצעות שינוי חומר (כגון ציפוי חומר);
3) הוסף לאלקטרוליט תוספים נגד טעינת יתר, כגון זוגות חיזור;
4) עם שימוש בקרום רגיש למתח, כאשר הסוללה נטענת יתר על המידה, התנגדות הממברנה מופחתת באופן משמעותי, אשר פועלת כ-shunt;
5) עיצובי OSD ו-CID משמשים בסוללות מעטפת אלומיניום מרובעות, שהן כיום עיצובים נפוצים נגד טעינת יתר.סוללת הנרתיק לא יכולה להשיג עיצוב דומה.
הפניות
חומרים לאחסון אנרגיה 10 (2018) 246–267
הפעם, נציג את שינויי המתח והטמפרטורה של סוללת תחמוצת הליתיום קובלט כשהיא נטענת יתר על המידה.התמונה למטה היא עקומת הטעינה והטמפרטורה של סוללת הליתיום תחמוצת קובלט, והציר האופקי הוא כמות הדליתיה.האלקטרודה השלילית היא גרפיט, והממס האלקטרוליט הוא EC/DMC.קיבולת הסוללה היא 1.5Ah.זרם הטעינה הוא 1.5A, והטמפרטורה היא הטמפרטורה הפנימית של הסוללה.
אזור I
1. מתח הסוללה עולה לאט.האלקטרודה החיובית של תחמוצת קובלט ליתיום יורדת יותר מ-60%, וליתיום מתכת מושקע בצד האלקטרודה השלילית.
2. הסוללה בולטת, מה שעשוי לנבוע מחמצון בלחץ גבוה של האלקטרוליט בצד החיובי.
3. הטמפרטורה יציבה בעצם עם עלייה קלה.
אזור II
1. הטמפרטורה מתחילה לעלות לאט.
2. בטווח של 80~95%, העכבה של האלקטרודה החיובית עולה, וההתנגדות הפנימית של הסוללה עולה, אך היא יורדת ב-95%.
3. מתח הסוללה עולה על 5V ומגיע למקסימום.
אזור III
1. בכ-95%, טמפרטורת הסוללה מתחילה לעלות במהירות.
2. מכ-95%, עד קרוב ל-100%, מתח הסוללה יורד מעט.
3. כאשר הטמפרטורה הפנימית של הסוללה מגיעה לכ-100 מעלות צלזיוס, מתח הסוללה יורד בחדות, דבר שעלול להיגרם מירידת ההתנגדות הפנימית של הסוללה עקב עליית הטמפרטורה.
אזור IV
1. כאשר הטמפרטורה הפנימית של הסוללה גבוהה מ-135 מעלות צלזיוס, מפריד ה-PE מתחיל להימס, ההתנגדות הפנימית של הסוללה עולה במהירות, המתח מגיע לגבול העליון (~12V), והזרם יורד לרמה נמוכה יותר. ערך.
2. בין 10-12V, מתח הסוללה אינו יציב והזרם משתנה.
3. הטמפרטורה הפנימית של הסוללה עולה במהירות, והטמפרטורה עולה ל-190-220 מעלות צלזיוס לפני שהסוללה נקרעת.
4. הסוללה שבורה.
טעינת יתר של סוללות טרינריות דומה לזו של סוללות ליתיום קובלט אוקסיד.בעת טעינת יתר של סוללות טרינריות עם מעטפות אלומיניום מרובעות בשוק, ה-OSD או ה-CID יופעלו בכניסה לאזור III, והזרם ינותק כדי להגן על הסוללה מפני טעינת יתר.
הפניות
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
זמן פרסום: דצמבר-07-2022