A sobrecarga é um dos itens mais difíceis no teste de segurança atual da bateria de lítio, por isso é necessário entender o mecanismo de sobrecarga e as medidas atuais para evitar sobrecarga.
A Figura 1 mostra as curvas de tensão e temperatura da bateria do sistema NCM+LMO/Gr quando está sobrecarregada.A tensão atinge um máximo em 5,4 V e, em seguida, a tensão cai, eventualmente causando fuga térmica.As curvas de tensão e temperatura da sobrecarga da bateria ternária são muito semelhantes a ela.
Quando a bateria de lítio estiver sobrecarregada, ela gerará calor e gás.O calor inclui o calor ôhmico e o calor gerado por reações secundárias, das quais o calor ôhmico é o principal.A reação lateral da bateria causada pela sobrecarga é, em primeiro lugar, que o excesso de lítio é inserido no eletrodo negativo e os dendritos de lítio crescerão na superfície do eletrodo negativo (a relação N/P afetará o SOC inicial do crescimento dos dendritos de lítio).A segunda é que o excesso de lítio é extraído do eletrodo positivo, causando o colapso da estrutura do eletrodo positivo, liberando calor e liberando oxigênio.O oxigênio acelerará a decomposição do eletrólito, a pressão interna da bateria continuará aumentando e a válvula de segurança abrirá após um certo nível.O contato do material ativo com o ar gera ainda mais calor.
Estudos demonstraram que reduzir a quantidade de eletrólito reduzirá significativamente a produção de calor e gás durante a sobrecarga.Além disso, foi estudado que, quando a bateria não possui tala ou a válvula de segurança não pode ser aberta normalmente durante a sobrecarga, a bateria está sujeita a explosão.
Uma leve sobrecarga não causará fuga térmica, mas causará perda de capacidade.O estudo descobriu que quando a bateria com material híbrido NCM/LMO como eletrodo positivo é sobrecarregada, não há queda de capacidade óbvia quando o SOC é inferior a 120%, e a capacidade diminui significativamente quando o SOC é superior a 130%.
Atualmente, existem várias maneiras de resolver o problema de sobrecarga:
1) A tensão de proteção é definida no BMS, geralmente a tensão de proteção é menor que a tensão de pico durante a sobrecarga;
2) Melhorar a resistência à sobrecarga da bateria através da modificação do material (como o revestimento do material);
3) Adicionar aditivos anti-sobrecarga, como pares redox, ao eletrólito;
4) Com o uso de membrana sensível à tensão, quando a bateria está sobrecarregada, a resistência da membrana é significativamente reduzida, que atua como um shunt;
5) Os designs OSD e CID são usados em baterias quadradas de alumínio, que atualmente são designs anti-sobrecarga comuns.A bateria da bolsa não pode ter um design semelhante.
Referências
Materiais de armazenamento de energia 10 (2018) 246–267
Desta vez, apresentaremos as mudanças de tensão e temperatura da bateria de óxido de cobalto e lítio quando ela estiver sobrecarregada.A imagem abaixo é a tensão de sobrecarga e a curva de temperatura da bateria de óxido de cobalto e lítio, e o eixo horizontal é a quantidade de delithiation.O eletrodo negativo é grafite e o solvente do eletrólito é EC/DMC.A capacidade da bateria é de 1,5Ah.A corrente de carga é de 1,5A e a temperatura é a temperatura interna da bateria.
Zona I
1. A tensão da bateria aumenta lentamente.O eletrodo positivo de óxido de cobalto de lítio delithia mais de 60%, e o lítio metálico é precipitado no lado do eletrodo negativo.
2. A bateria está abaulada, o que pode ser devido à oxidação de alta pressão do eletrólito no lado positivo.
3. A temperatura é basicamente estável com um ligeiro aumento.
Zona II
1. A temperatura começa a subir lentamente.
2. Na faixa de 80~95%, a impedância do eletrodo positivo aumenta e a resistência interna da bateria aumenta, mas diminui em 95%.
3. A tensão da bateria excede 5V e atinge o máximo.
Zona III
1. Em cerca de 95%, a temperatura da bateria começa a subir rapidamente.
2. De cerca de 95%, até perto de 100%, a tensão da bateria cai ligeiramente.
3. Quando a temperatura interna da bateria atinge cerca de 100°C, a tensão da bateria cai drasticamente, o que pode ser causado pela diminuição da resistência interna da bateria devido ao aumento da temperatura.
Zona IV
1. Quando a temperatura interna da bateria é superior a 135°C, o separador PE começa a derreter, a resistência interna da bateria aumenta rapidamente, a tensão atinge o limite superior (~12V) e a corrente cai para um valor inferior valor.
2. Entre 10-12V, a voltagem da bateria é instável e a corrente oscila.
3. A temperatura interna da bateria aumenta rapidamente, e a temperatura sobe para 190-220°C antes que a bateria se rompa.
4. A bateria está quebrada.
A sobrecarga das baterias ternárias é semelhante à das baterias de óxido de cobalto e lítio.Ao sobrecarregar baterias ternárias com invólucros quadrados de alumínio no mercado, o OSD ou CID será ativado ao entrar na Zona III e a corrente será cortada para proteger a bateria contra sobrecarga.
Referências
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Horário da postagem: 07 de dezembro de 2022