Pengisian daya yang berlebihan adalah salah satu item tersulit dalam uji keamanan baterai litium saat ini, sehingga perlu memahami mekanisme pengisian daya yang berlebihan dan tindakan saat ini untuk mencegah pengisian daya yang berlebihan.
Gambar 1 adalah kurva voltase dan temperatur baterai sistem NCM+LMO/Gr saat overcharge.Tegangan mencapai maksimum pada 5.4V, dan kemudian tegangan turun, akhirnya menyebabkan pelarian termal.Kurva tegangan dan suhu dari overcharge baterai ternary sangat mirip dengannya.
Ketika baterai lithium diisi ulang, itu akan menghasilkan panas dan gas.Panas termasuk panas ohmik dan panas yang dihasilkan oleh reaksi samping, di mana panas ohmik adalah yang utama.Reaksi samping baterai yang disebabkan oleh pengisian berlebih adalah pertama-tama kelebihan litium dimasukkan ke elektroda negatif, dan dendrit litium akan tumbuh di permukaan elektroda negatif (rasio N/P akan memengaruhi SOC awal pertumbuhan dendrit litium).Yang kedua adalah kelebihan litium diekstraksi dari elektroda positif, menyebabkan struktur elektroda positif runtuh, melepaskan panas dan melepaskan oksigen.Oksigen akan mempercepat penguraian elektrolit, tekanan internal baterai akan terus meningkat, dan katup pengaman akan terbuka setelah level tertentu.Kontak bahan aktif dengan udara selanjutnya menghasilkan lebih banyak panas.
Penelitian telah menunjukkan bahwa mengurangi jumlah elektrolit secara signifikan akan mengurangi produksi panas dan gas selama pengisian daya yang berlebihan.Selain itu, telah dipelajari bahwa ketika baterai tidak memiliki belat atau katup pengaman tidak dapat dibuka secara normal selama pengisian daya yang berlebihan, baterai rentan terhadap ledakan.
Pengisian daya yang sedikit berlebihan tidak akan menyebabkan pelarian termal, tetapi akan menyebabkan kapasitas memudar.Studi ini menemukan bahwa ketika baterai dengan bahan hibrida NCM/LMO sebagai elektroda positif diisi ulang secara berlebihan, tidak ada penurunan kapasitas yang jelas saat SOC lebih rendah dari 120%, dan kapasitas berkurang secara signifikan saat SOC lebih tinggi dari 130%.
Saat ini, kira-kira ada beberapa cara untuk mengatasi masalah pengisian daya yang berlebihan:
1) Tegangan proteksi diatur dalam BMS, biasanya tegangan proteksi lebih rendah dari tegangan puncak selama pengisian berlebih;
2) Meningkatkan daya tahan baterai yang terlalu mahal melalui modifikasi material (seperti pelapisan material);
3) Tambahkan aditif anti-overcharge, seperti pasangan redoks, ke elektrolit;
4) Dengan penggunaan membran peka tegangan, ketika baterai diisi ulang secara berlebihan, resistansi membran berkurang secara signifikan, yang bertindak sebagai shunt;
5) Desain OSD dan CID digunakan dalam baterai shell aluminium persegi, yang saat ini merupakan desain anti-overcharge yang umum.Baterai kantong tidak dapat mencapai desain yang serupa.
Referensi
Bahan Penyimpan Energi 10 (2018) 246–267
Kali ini, kami akan memperkenalkan perubahan voltase dan suhu baterai litium kobalt oksida saat ditagih berlebihan.Gambar di bawah ini adalah tegangan overcharge dan kurva suhu baterai lithium kobalt oksida, dan sumbu horizontal adalah jumlah delithiation.Elektroda negatif adalah grafit, dan pelarut elektrolit adalah EC/DMC.Kapasitas baterainya 1,5Ah.Arus pengisian adalah 1,5A, dan suhunya adalah suhu internal baterai.
Zona I
1. Tegangan baterai naik perlahan.Elektroda positif litium kobalt oksida menghilangkan lebih dari 60%, dan litium logam diendapkan pada sisi elektroda negatif.
2. Baterai menggembung, yang mungkin disebabkan oleh oksidasi tekanan tinggi pada elektrolit di sisi positif.
3. Suhu pada dasarnya stabil dengan sedikit kenaikan.
Zona II
1. Suhu mulai naik secara perlahan.
2. Dalam kisaran 80 ~ 95%, impedansi elektroda positif meningkat, dan resistansi internal baterai meningkat, tetapi menurun pada 95%.
3. Tegangan baterai melebihi 5V dan mencapai maksimum.
Zona III
1. Pada sekitar 95%, suhu baterai mulai meningkat dengan cepat.
2. Dari sekitar 95%, hingga mendekati 100%, voltase baterai turun sedikit.
3. Ketika suhu internal baterai mencapai sekitar 100°C, voltase baterai turun tajam, yang mungkin disebabkan oleh penurunan resistansi internal baterai akibat kenaikan suhu.
Zona IV
1. Ketika suhu internal baterai lebih tinggi dari 135°C, pemisah PE mulai meleleh, resistansi internal baterai naik dengan cepat, tegangan mencapai batas atas (~12V), dan arus turun ke yang lebih rendah nilai.
2. Antara 10-12V, tegangan baterai tidak stabil dan arus berfluktuasi.
3. Suhu internal baterai meningkat dengan cepat, dan suhu naik menjadi 190-220°C sebelum baterai pecah.
4. Baterai rusak.
Pengisian baterai ternary yang berlebihan mirip dengan baterai lithium kobalt oksida.Saat mengisi daya baterai ternary dengan cangkang aluminium persegi di pasaran, OSD atau CID akan diaktifkan saat memasuki Zona III, dan arus akan diputus untuk melindungi baterai dari pengisian berlebih.
Referensi
Jurnal Masyarakat Elektrokimia, 148 (8) A838-A844 (2001)
Waktu posting: 07-Des-2022