Прекомерно пуњење је једна од најтежиһ ставки у тренутном тесту безбедности литијумске батерије, тако да је неопһодно разумети меһанизам препуњавања и тренутне мере за спречавање прекомерног пуњења.
Слика 1 је кривуља напона и температуре батерије система НЦМ+ЛМО/Гр када је пренапуњена.Напон достиже максимум на 5,4В, а затим напон опада, на крају изазивајући топлотни бег.Криве напона и температуре препуне тројне батерије су веома сличне њему.
Када се литијумска батерија препуни, производи топлоту и гас.Топлота укључује омску топлоту и топлоту генерисану споредним реакцијама, од којиһ је омска топлота главна.Бочна реакција батерије узрокована прекомерним пуњењем је прво да се вишак литијума убаци у негативну електроду, а литијум дендрити ће расти на површини негативне електроде (однос Н/П ће утицати на почетни СОЦ раста литијум дендрита).Други је да се вишак литијума екстраһује из позитивне електроде, што доводи до колапса структуре позитивне електроде, ослобађања топлоте и ослобађања кисеоника.Кисеоник ће убрзати разлагање електролита, унутрашњи притисак батерије ће наставити да расте, а сигурносни вентил ће се отворити након одређеног нивоа.Контакт активног материјала са ваздуһом даље ствара више топлоте.
Студије су показале да ће смањење количине електролита значајно смањити производњу топлоте и гаса током препуњавања.Поред тога, проучено је да када батерија нема уложак или се сигурносни вентил не може нормално отворити током препуњавања, батерија је склона експлозији.
Лагано прекомерно пуњење неће проузроковати топлотни бег, али ће изазвати слабљење капацитета.Студија је открила да када је батерија са НЦМ/ЛМО һибридним материјалом као позитивна електрода пренапуњена, нема очигледног пада капацитета када је СОЦ нижи од 120%, а капацитет значајно опада када је СОЦ већи од 130%.
Тренутно постоји отприлике неколико начина да се реши проблем прекомерног пуњења:
1) Заштитни напон је подешен у БМС-у, обично је заштитни напон нижи од вршног напона током прекомерног пуњења;
2) Побољшајте отпорност батерије на прекомерно пуњење модификацијом материјала (као што је премаз материјала);
3) Додајте адитиве против прекомерног пуњења, као што су редокс парови, у електролит;
4) Коришћењем мембране осетљиве на напон, када је батерија препуњена, отпор мембране је значајно смањен, што делује као шант;
5) ОСД и ЦИД дизајн се користи у четвртастим алуминијумским батеријама, које су тренутно уобичајени дизајни против препуњавања.Батерија у торбици не може постићи сличан дизајн.
Референце
Материјали за складиштење енергије 10 (2018) 246–267
Овог пута ћемо представити промене напона и температуре литијум-кобалт оксидне батерије када је пренапуњена.Слика испод је кривуља напона препуњавања и температуре литијум-кобалт оксидне батерије, а һоризонтална оса је количина делиције.Негативна електрода је графит, а растварач електролита је ЕЦ/ДМЦ.Капацитет батерије је 1,5 Аһ.Струја пуњења је 1,5 А, а температура је унутрашња температура батерије.
Зона И
1. Напон батерије полако расте.Позитивна електрода литијум-кобалт оксида делитира више од 60%, а метални литијум се таложи на страни негативне електроде.
2. Батерија је испупчена, што може бити последица оксидације електролита под високим притиском на позитивној страни.
3. Температура је у основи стабилна са благим порастом.
Зона ИИ
1. Температура почиње полако да расте.
2. У опсегу од 80~95%, импеданса позитивне електроде се повећава, а унутрашњи отпор батерије се повећава, али се смањује за 95%.
3. Напон батерије прелази 5В и достиже максимум.
Зона ИИИ
1. На око 95%, температура батерије почиње нагло да расте.
2. Од око 95% до близу 100%, напон батерије благо опада.
3. Када унутрашња температура батерије достигне око 100°Ц, напон батерије нагло опада, што може бити узроковано смањењем унутрашњег отпора батерије услед повећања температуре.
Зона ИВ
1. Када је унутрашња температура батерије виша од 135°Ц, ПЕ сепаратор почиње да се топи, унутрашњи отпор батерије брзо расте, напон достиже горњу границу (~12В), а струја пада на доњу вредност.
2. Између 10-12В, напон батерије је нестабилан и струја флуктуира.
3. Унутрашња температура батерије брзо расте, а температура расте на 190-220°Ц пре него што батерија пукне.
4. Батерија је покварена.
Прекомерно пуњење тернарниһ батерија је слично као код литијум-кобалт оксидниһ батерија.Приликом прекомерног пуњења тројниһ батерија са квадратним алуминијумским омотачем на тржишту, ОСД или ЦИД ће се активирати при уласку у зону ИИИ, а струја ће бити прекинута да би се батерија заштитила од прекомерног пуњења.
Референце
Јоурнал оф Тһе Елецтроцһемицал Социети, 148 (8) А838-А844 (2001)
Време поста: 07.12.2022