Aşırı şarj, mevcut lityum pil güvenlik testindeki en zor maddelerden biridir, bu nedenle aşırı şarj mekanizmasını ve aşırı şarjı önlemek için mevcut önlemleri anlamak gerekir.
Resim 1, aşırı şarj edildiğinde NCM+LMO/Gr sistem pilinin voltaj ve sıcaklık eğrileridir.Voltaj 5,4V'ta maksimuma ulaşır ve ardından voltaj düşer ve sonunda termal kaçaklara neden olur.Üçlü pilin aşırı şarjının voltaj ve sıcaklık eğrileri buna çok benzer.
Lityum pil aşırı şarj edildiğinde, ısı ve gaz üretecektir.Isı, omik ısıyı ve ana omik ısı olan yan reaksiyonlar tarafından üretilen ısıyı içerir.Pilin aşırı şarjdan kaynaklanan yan reaksiyonu, öncelikle negatif elektrota fazla lityum girmesi ve negatif elektrotun yüzeyinde lityum dendritlerin büyümesidir (N/P oranı, lityum dendrit büyümesinin ilk SOC'sini etkileyecektir).İkincisi, fazla lityumun pozitif elektrottan çıkarılması, pozitif elektrotun yapısının çökmesine, ısının açığa çıkmasına ve oksijenin serbest kalmasına neden olur.Oksijen elektrolitin ayrışmasını hızlandıracak, akünün iç basıncı yükselmeye devam edecek ve belli bir seviyeden sonra emniyet valfi açılacaktır.Aktif malzemenin hava ile teması ayrıca daha fazla ısı üretir.
Çalışmalar, elektrolit miktarını azaltmanın aşırı şarj sırasında ısı ve gaz üretimini önemli ölçüde azaltacağını göstermiştir.Ayrıca aşırı şarj sırasında pilde atel olmadığında veya emniyet valfi normal açılamadığında pilin patlamaya meyilli olduğu çalışılmıştır.
Biraz fazla şarj, termal kaymaya neden olmaz, ancak kapasitenin düşmesine neden olur.Çalışma, pozitif elektrot olarak NCM/LMO hibrit malzemeli pil aşırı şarj edildiğinde, SOC %120'den düşük olduğunda belirgin bir kapasite düşüşü olmadığını ve SOC %130'dan yüksek olduğunda kapasitenin önemli ölçüde azaldığını buldu.
Şu anda, aşırı şarj sorununu çözmenin kabaca birkaç yolu vardır:
1) Koruma voltajı BMS'de ayarlanır, genellikle aşırı şarj sırasında koruma voltajı tepe voltajından daha düşüktür;
2) Malzeme modifikasyonu (malzeme kaplaması gibi) yoluyla pilin aşırı şarj direncini geliştirin;
3) Elektrolite redoks çiftleri gibi aşırı şarj önleyici katkı maddeleri ekleyin;
4) Voltaja duyarlı membran kullanımıyla, pil aşırı şarj edildiğinde, şönt görevi gören membran direnci önemli ölçüde azalır;
5) OSD ve CID tasarımları, şu anda yaygın aşırı şarj önleyici tasarımlar olan kare alüminyum kabuklu pillerde kullanılmaktadır.Kese pil benzer bir tasarıma ulaşamaz.
Referanslar
Enerji Depolama Malzemeleri 10 (2018) 246–267
Bu kez lityum kobalt oksit pilin aşırı şarj edildiğinde voltaj ve sıcaklık değişimlerini tanıtacağız.Aşağıdaki resim, lityum kobalt oksit pilin aşırı şarj voltajı ve sıcaklık eğrisidir ve yatay eksen, delithiation miktarıdır.Negatif elektrot grafittir ve elektrolit çözücü EC/DMC'dir.Pil kapasitesi 1,5 Ah'dir.Şarj akımı 1,5A'dır ve sıcaklık, pilin iç sıcaklığıdır.
Bölge I
1. Akü voltajı yavaşça yükselir.Lityum kobalt oksidin pozitif elektrotu %60'tan fazla deltileşir ve negatif elektrot tarafında metal lityum çökelir.
2. Pil, pozitif taraftaki elektrolitin yüksek basınçlı oksidasyonundan kaynaklanabilecek şekilde şişkindir.
3. Sıcaklık hafif bir artışla temelde sabittir.
Bölge II
1. Sıcaklık yavaş yavaş yükselmeye başlar.
2. %80~95 aralığında, pozitif elektrotun empedansı artar ve pilin iç direnci artar, ancak %95'te azalır.
3. Akü voltajı 5V'u aşar ve maksimuma ulaşır.
Bölge III
1. Yaklaşık %95'te pil sıcaklığı hızla yükselmeye başlar.
2. Pil voltajı yaklaşık %95'ten %100'e yakın olana kadar biraz düşer.
3. Pilin iç sıcaklığı yaklaşık 100°C'ye ulaştığında, pil voltajı keskin bir şekilde düşer ve bu, sıcaklıktaki artış nedeniyle pilin iç direncinin azalmasından kaynaklanabilir.
Bölge IV
1. Pilin iç sıcaklığı 135°C'nin üzerine çıktığında PE ayırıcı erimeye başlar, pilin iç direnci hızla yükselir, voltaj üst sınıra (~12V) ulaşır ve akım daha düşük bir değere düşer. değer.
2. 10-12V arasında akü voltajı kararsızdır ve akım dalgalanır.
3. Pilin iç sıcaklığı hızla yükselir ve pil patlamadan önce sıcaklık 190-220°C'ye çıkar.
4. Pil bozuk.
Üçlü pillerin aşırı şarj edilmesi, lityum kobalt oksit pillerinkine benzer.Piyasadaki kare alüminyum kabuklu üçlü pilleri aşırı şarj ederken, Bölge III'e girerken OSD veya CID etkinleştirilecek ve pilin aşırı şarj olmasını önlemek için akım kesilecektir.
Referanslar
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Gönderim zamanı: Aralık-07-2022