Ylilataus on yksi vaikeimmista kohdista nykyisessä litiumakun turvallisuustestissä, joten on välttämätöntä ymmärtää ylilatauksen mekanismi ja nykyiset toimenpiteet ylilatauksen estämiseksi.
Kuvassa 1 on NCM+LMO/Gr-järjestelmän akun jännite- ja lämpötilakäyrät, kun se on yliladattu.Jännite saavuttaa maksiminsa 5,4 V:ssa, ja sitten jännite laskee aiheuttaen lopulta lämpökarkaamisen.Kolmiosaisen akun ylilatauksen jännite- ja lämpötilakäyrät ovat hyvin samankaltaisia.
Kun litiumakku on ylilatautunut, se tuottaa lämpöä ja kaasua.Lämpö sisältää ohmisen lämmön ja sivureaktioiden syntyneen lämmön, joista ohminen lämpö on pääasiallinen.Ylilatauksen aiheuttama akun sivureaktio on ensinnäkin se, että ylimääräistä litiumia työnnetään negatiiviseen elektrodiin ja litiumdendriitit kasvavat negatiivisen elektrodin pinnalle (N/P-suhde vaikuttaa litiumdendriitin kasvun alkuperäiseen SOC:hen).Toinen on se, että ylimääräinen litium uutetaan positiivisesta elektrodista, jolloin positiivisen elektrodin rakenne romahtaa, vapauttaa lämpöä ja vapauttaa happea.Happi nopeuttaa elektrolyytin hajoamista, akun sisäinen paine jatkaa nousuaan ja varoventtiili avautuu tietyn tason jälkeen.Aktiiviaineen kosketus ilman kanssa tuottaa edelleen enemmän lämpöä.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että elektrolyytin määrän vähentäminen vähentää merkittävästi lämmön ja kaasun tuotantoa ylilatauksen aikana.Lisäksi on tutkittu, että kun akussa ei ole lastaa tai varoventtiiliä ei voida avata normaalisti ylilatauksen aikana, akku on altis räjähdysherkkyydelle.
Pieni ylilataus ei aiheuta lämpöpoistoa, mutta aiheuttaa kapasiteetin heikkenemistä.Tutkimuksessa havaittiin, että kun akku, jossa on NCM/LMO-hybridimateriaalia positiivisena elektrodina, on ylivarattu, kapasiteetin heikkenemistä ei ilmene, kun SOC on alle 120 %, ja kapasiteetti heikkenee merkittävästi, kun SOC on yli 130 %.
Tällä hetkellä on olemassa suunnilleen useita tapoja ratkaista ylilatausongelma:
1) Suojajännite on asetettu BMS:ssä, yleensä suojajännite on pienempi kuin huippujännite ylilatauksen aikana;
2) Paranna akun ylilatausvastusta materiaalia muokkaamalla (kuten materiaalipinnoite);
3) Lisää ylilatausta estäviä lisäaineita, kuten redox-pareja, elektrolyyttiin;
4) Jänniteherkkää kalvoa käytettäessä, kun akku on ylilatautunut, kalvon vastus pienenee merkittävästi, mikä toimii shunttina;
5) OSD- ja CID-malleja käytetään neliömäisissä alumiinikuorisissa akuissa, jotka ovat tällä hetkellä yleisiä ylilatauksen estomalleja.Pussin akku ei voi saavuttaa samanlaista rakennetta.
Viitteet
Energian varastointimateriaalit 10 (2018) 246–267
Tällä kertaa esittelemme litiumkobolttioksidiakun jännitteen ja lämpötilan muutokset, kun se on ylilatautunut.Alla oleva kuva on litiumkobolttioksidiakun ylilatausjännite- ja lämpötilakäyrä, ja vaaka-akseli on delitaatiomäärä.Negatiivinen elektrodi on grafiittia ja elektrolyytin liuotin on EC/DMC.Akun kapasiteetti on 1,5 Ah.Latausvirta on 1,5 A ja lämpötila on akun sisälämpötila.
Vyöhyke I
1. Akun jännite nousee hitaasti.Litiumkobolttioksidin positiivinen elektrodi delitioituu yli 60 % ja metallilitium saostuu negatiivisen elektrodin puolelle.
2. Akku on pullistunut, mikä voi johtua elektrolyytin korkeapainehapetuksesta positiivisella puolella.
3. Lämpötila on pohjimmiltaan vakaa ja hieman noussut.
Alue II
1. Lämpötila alkaa nousta hitaasti.
2. Alueella 80-95 % positiivisen elektrodin impedanssi kasvaa ja akun sisäinen vastus kasvaa, mutta se laskee 95 %:lla.
3. Akun jännite ylittää 5 V ja saavuttaa maksimiarvon.
Alue III
1. Noin 95 %:ssa akun lämpötila alkaa nousta nopeasti.
2. Noin 95 %:sta lähes 100 %:iin akun jännite laskee hieman.
3. Kun akun sisäinen lämpötila saavuttaa noin 100°C, akun jännite laskee jyrkästi, mikä voi johtua akun sisäisen vastuksen pienenemisestä lämpötilan nousun seurauksena.
Alue IV
1. Kun akun sisälämpötila on yli 135°C, PE-erotin alkaa sulaa, akun sisäinen vastus nousee nopeasti, jännite saavuttaa ylärajan (~12V) ja virta laskee alemmalle tasolle. arvo.
2. 10-12V akun jännite on epävakaa ja virta vaihtelee.
3. Akun sisälämpötila kohoaa nopeasti ja lämpötila nousee 190-220°C:een ennen akun repeytymistä.
4. Akku on rikki.
Kolmiosaisten akkujen ylilataus on samanlainen kuin litiumkobolttioksidiakkujen.Kun ylilataat markkinoilla olevia neliömäisiä alumiinikuorisia akkuja, OSD tai CID aktivoituu vyöhykkeelle III tullessa ja virta katkaistaan akun suojaamiseksi ylilataukselta.
Viitteet
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Postitusaika: 07.12.2022