La sobrecarga es uno de los elementos más difíciles en la prueba de seguridad de la batería de litio actual, por lo que es necesario comprender el mecanismo de sobrecarga y las medidas actuales para evitar la sobrecarga.
La imagen 1 muestra las curvas de voltaje y temperatura de la batería del sistema NCM+LMO/Gr cuando está sobrecargada.El voltaje alcanza un máximo de 5,4 V, y luego cae, lo que finalmente provoca un desbordamiento térmico.Las curvas de tensión y temperatura de la sobrecarga de la batería ternaria son muy parecidas a ésta.
Cuando la batería de litio se sobrecarga, generará calor y gas.El calor incluye calor óhmico y calor generado por reacciones secundarias, de las cuales el calor óhmico es la principal.La reacción secundaria de la batería causada por la sobrecarga es, en primer lugar, que se inserta un exceso de litio en el electrodo negativo y las dendritas de litio crecerán en la superficie del electrodo negativo (la relación N/P afectará el SOC inicial del crecimiento de dendritas de litio).La segunda es que el exceso de litio se extrae del electrodo positivo, lo que hace que la estructura del electrodo positivo se colapse, liberando calor y liberando oxígeno.El oxígeno acelerará la descomposición del electrolito, la presión interna de la batería seguirá aumentando y la válvula de seguridad se abrirá después de cierto nivel.El contacto del material activo con el aire genera además más calor.
Los estudios han demostrado que la reducción de la cantidad de electrolito reducirá significativamente la producción de calor y gas durante la sobrecarga.Además, se ha estudiado que cuando la batería no tiene férula o la válvula de seguridad no se puede abrir normalmente durante la sobrecarga, la batería es propensa a explotar.
Una ligera sobrecarga no provocará un desbordamiento térmico, pero provocará una disminución de la capacidad.El estudio encontró que cuando la batería con material híbrido NCM/LMO como electrodo positivo está sobrecargada, no hay una disminución obvia de la capacidad cuando el SOC es inferior al 120 %, y la capacidad disminuye significativamente cuando el SOC es superior al 130 %.
En la actualidad, existen aproximadamente varias formas de resolver el problema de la sobrecarga:
1) El voltaje de protección se establece en el BMS, generalmente el voltaje de protección es más bajo que el voltaje máximo durante la sobrecarga;
2) Mejorar la resistencia a la sobrecarga de la batería mediante la modificación del material (como el revestimiento del material);
3) Añadir aditivos anti-sobrecarga, como pares redox, al electrolito;
4) Con el uso de membrana sensible al voltaje, cuando la batería se sobrecarga, la resistencia de la membrana se reduce significativamente, lo que actúa como una derivación;
5) Los diseños OSD y CID se utilizan en baterías de carcasa de aluminio cuadrada, que actualmente son diseños anti-sobrecarga comunes.La batería de bolsa no puede lograr un diseño similar.
Referencias
Materiales de almacenamiento de energía 10 (2018) 246–267
Esta vez, presentaremos los cambios de voltaje y temperatura de la batería de óxido de cobalto y litio cuando se sobrecarga.La siguiente imagen es la curva de voltaje y temperatura de sobrecarga de la batería de óxido de cobalto y litio, y el eje horizontal es la cantidad de delitiación.El electrodo negativo es grafito y el electrolito solvente es EC/DMC.La capacidad de la batería es de 1,5 Ah.La corriente de carga es de 1,5 A y la temperatura es la temperatura interna de la batería.
Zona I
1. El voltaje de la batería aumenta lentamente.El electrodo positivo de óxido de cobalto y litio se delitia en más del 60 % y el litio metálico se precipita en el lado del electrodo negativo.
2. La batería está abultada, lo que puede deberse a la oxidación a alta presión del electrolito en el lado positivo.
3. La temperatura es básicamente estable con un ligero aumento.
Zona II
1. La temperatura comienza a subir lentamente.
2. En el rango de 80~95%, la impedancia del electrodo positivo aumenta y la resistencia interna de la batería aumenta, pero disminuye al 95%.
3. El voltaje de la batería supera los 5V y alcanza el máximo.
Zona III
1. Aproximadamente al 95 %, la temperatura de la batería comienza a aumentar rápidamente.
2. Desde alrededor del 95 % hasta cerca del 100 %, el voltaje de la batería cae ligeramente.
3. Cuando la temperatura interna de la batería alcanza los 100 °C, el voltaje de la batería cae bruscamente, lo que puede deberse a la disminución de la resistencia interna de la batería debido al aumento de la temperatura.
Zona IV
1. Cuando la temperatura interna de la batería es superior a 135 °C, el separador de PE comienza a derretirse, la resistencia interna de la batería aumenta rápidamente, el voltaje alcanza el límite superior (~12 V) y la corriente cae a un nivel más bajo. valor.
2. Entre 10 y 12 V, el voltaje de la batería es inestable y la corriente fluctúa.
3. La temperatura interna de la batería aumenta rápidamente y la temperatura aumenta a 190-220 °C antes de que la batería se rompa.
4. La batería está rota.
La sobrecarga de las baterías ternarias es similar a la de las baterías de óxido de cobalto y litio.Al sobrecargar baterías ternarias con carcasas de aluminio cuadradas en el mercado, el OSD o CID se activará al ingresar a la Zona III, y la corriente se cortará para proteger la batería de una sobrecarga.
Referencias
Revista de la Sociedad Electroquímica, 148 (8) A838-A844 (2001)
Hora de publicación: 07-dic-2022