การชาร์จไฟเกินเป็นหนึ่งในสิ่งที่ยากที่สุดในการทดสอบความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมในปัจจุบัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเข้าใจกลไกการชาร์จไฟเกินและมาตรการปัจจุบันเพื่อป้องกันการชาร์จไฟเกิน
ภาพที่ 1 คือเส้นโค้งแรงดันและอุณหภูมิของแบตเตอรี่ระบบ NCM+LMO/Gr เมื่อมีการชาร์จมากเกินไปแรงดันไฟฟ้าขึ้นสูงสุดที่ 5.4V จากนั้นแรงดันตก ทำให้เกิดการระบายความร้อนในที่สุดเส้นโค้งแรงดันและอุณหภูมิของการชาร์จมากเกินไปของแบตเตอรี่ไตรภาคนั้นคล้ายกันมาก
เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมถูกชาร์จมากเกินไป จะทำให้เกิดความร้อนและก๊าซความร้อนรวมถึงความร้อนโอห์มมิกและความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียง ซึ่งความร้อนโอห์มมิกเป็นความร้อนหลักปฏิกิริยาด้านข้างของแบตเตอรี่ที่เกิดจากการอัดประจุมากเกินไป ประการแรกคือการใส่ลิเธียมส่วนเกินเข้าไปในขั้วลบ และลิเธียมเดนไดรต์จะเติบโตบนพื้นผิวของขั้วลบ (อัตราส่วน N/P จะส่งผลต่อ SOC เริ่มต้นของการเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์)ประการที่สองคือลิเธียมส่วนเกินถูกดึงออกจากขั้วบวกทำให้โครงสร้างของขั้วบวกพังทลายลงปล่อยความร้อนและปล่อยออกซิเจนออกซิเจนจะเร่งการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ ความดันภายในแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และวาล์วนิรภัยจะเปิดหลังจากระดับหนึ่งการสัมผัสของสารออกฤทธิ์กับอากาศจะทำให้เกิดความร้อนมากขึ้น
การศึกษาพบว่าการลดปริมาณอิเล็กโทรไลต์จะลดการผลิตความร้อนและก๊าซระหว่างการชาร์จมากเกินไปนอกจากนี้ยังมีการศึกษาว่าเมื่อแบตเตอรี่ไม่มีเฝือกหรือวาล์วนิรภัยไม่สามารถเปิดได้ตามปกติระหว่างการชาร์จมากเกินไป แบตเตอรี่มีแนวโน้มที่จะระเบิดได้
การชาร์จมากเกินไปเพียงเล็กน้อยจะไม่ทำให้เกิดการหนีความร้อน แต่จะทำให้ความจุลดลงการศึกษาพบว่าเมื่อแบตเตอรี่ที่มีวัสดุไฮบริด NCM/LMO เป็นขั้วไฟฟ้าบวกถูกชาร์จมากเกินไป ความจุจะไม่ลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อ SOC ต่ำกว่า 120% และความจุจะลดลงอย่างมากเมื่อ SOC สูงกว่า 130%
ในปัจจุบันมีหลายวิธีในการแก้ปัญหาการชาร์จไฟเกิน:
1) แรงดันป้องกันถูกตั้งค่าใน BMS โดยปกติแรงดันป้องกันจะต่ำกว่าแรงดันสูงสุดระหว่างการชาร์จมากเกินไป
2) ปรับปรุงความต้านทานการชาร์จเกินของแบตเตอรี่โดยการปรับเปลี่ยนวัสดุ (เช่น การเคลือบวัสดุ)
3) เติมสารเติมแต่งป้องกันการโอเวอร์ชาร์จ เช่น คู่รีดอกซ์ ลงในอิเล็กโทรไลต์
4) ด้วยการใช้เมมเบรนที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้า เมื่อแบตเตอรี่ถูกชาร์จมากเกินไป ความต้านทานของเมมเบรนจะลดลงอย่างมาก ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวแบ่ง
5) การออกแบบ OSD และ CID ใช้ในแบตเตอรี่เปลือกอลูมิเนียมทรงสี่เหลี่ยม ซึ่งปัจจุบันมีการออกแบบป้องกันการชาร์จมากเกินไปแบตเตอรี่แบบกระเป๋าไม่สามารถได้รับการออกแบบที่คล้ายกันได้
อ้างอิง
วัสดุกักเก็บพลังงาน 10 (2018) 246–267
ในครั้งนี้ เราจะแนะนำการเปลี่ยนแปลงของแรงดันและอุณหภูมิของแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์เมื่อมีการชาร์จมากเกินไปภาพด้านล่างคือเส้นโค้งแรงดันและอุณหภูมิที่มากเกินไปของแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ และแกนนอนคือปริมาณการลบอิเล็กโทรดลบคือกราไฟต์ และตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์คือ EC/DMCความจุแบตเตอรี่ 1.5Ah.กระแสชาร์จคือ 1.5A และอุณหภูมิคืออุณหภูมิภายในของแบตเตอรี่
โซน 1
1. แรงดันแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆอิเล็กโทรดบวกของลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์แยกออกมากกว่า 60% และลิเธียมโลหะตกตะกอนที่ด้านอิเล็กโทรดลบ
2. แบตเตอรี่โป่งซึ่งอาจเกิดจากการออกซิเดชันแรงดันสูงของอิเล็กโทรไลต์ในด้านบวก
3. อุณหภูมิโดยทั่วไปคงที่โดยเพิ่มขึ้นเล็กน้อย
โซนที่สอง
1. อุณหภูมิเริ่มสูงขึ้นอย่างช้าๆ
2. ในช่วง 80~95% อิมพีแดนซ์ของขั้วบวกจะเพิ่มขึ้น และความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้น แต่จะลดลงที่ 95%
3. แรงดันแบตเตอรี่เกิน 5V และถึงค่าสูงสุด
โซนที่สาม
1. ที่ประมาณ 95% อุณหภูมิของแบตเตอรี่จะเริ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว
2. จากประมาณ 95% จนถึงใกล้ถึง 100% แรงดันแบตเตอรี่จะลดลงเล็กน้อย
3. เมื่ออุณหภูมิภายในแบตเตอรี่สูงถึงประมาณ 100°C แรงดันแบตเตอรี่จะลดลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งอาจเกิดจากการลดลงของความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
โซน IV
1. เมื่ออุณหภูมิภายในแบตเตอรี่สูงกว่า 135°C ตัวแยก PE เริ่มละลาย ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แรงดันไฟฟ้าถึงขีดจำกัดบน (~12V) และกระแสไฟจะลดลงจนต่ำกว่า ค่า.
2. ระหว่าง 10-12V แรงดันแบตเตอรี่ไม่เสถียรและกระแสไฟผันผวน
3. อุณหภูมิภายในแบตเตอรี่สูงขึ้นอย่างรวดเร็ว และอุณหภูมิจะสูงขึ้นถึง 190-220°C ก่อนที่แบตเตอรี่จะแตก
4. แบตเตอรี่เสีย
การชาร์จเกินของแบตเตอรี่ ternary นั้นคล้ายกับของแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ ternary ที่มีเปลือกอะลูมิเนียมสี่เหลี่ยมมากเกินไปในท้องตลาด OSD หรือ CID จะถูกเปิดใช้งานเมื่อเข้าสู่โซน III และกระแสไฟจะถูกตัดออกเพื่อป้องกันแบตเตอรี่จากการชาร์จมากเกินไป
อ้างอิง
วารสารสมาคมเคมีไฟฟ้า, 148 (8) A838-A844 (2544)
เวลาโพสต์: ธันวาคม 07-2022