Sạc quá mức là một trong những hạng mục khó nhất trong bài kiểm tra độ an toàn của pin lithium hiện nay, vì vậy cần phải hiểu cơ chế sạc quá mức và các biện pháp hiện tại để ngăn chặn việc sạc quá mức.
Hình 1 là các đường cong điện áp và nhiệt độ của pin hệ thống NCM+LMO/Gr khi được sạc quá mức.Điện áp đạt mức tối đa là 5,4V, sau đó điện áp giảm xuống, cuối cùng gây ra sự thoát nhiệt.Các đường cong điện áp và nhiệt độ khi sạc quá mức của pin ternary rất giống với nó.
Khi pin lithium được sạc quá mức, nó sẽ tạo ra nhiệt và khí.Nhiệt bao gồm nhiệt ôm và nhiệt sinh ra từ các phản ứng phụ, trong đó nhiệt ôm là chính.Phản ứng phụ của pin do sạc quá mức trước hết là lượng lithium dư thừa được đưa vào điện cực âm và sợi nhánh lithium sẽ phát triển trên bề mặt của điện cực âm (tỷ lệ N/P sẽ ảnh hưởng đến SOC ban đầu của sự phát triển sợi nhánh lithium).Thứ hai là lithium dư thừa được chiết xuất từ điện cực dương, khiến cấu trúc của điện cực dương bị sụp đổ, giải phóng nhiệt và giải phóng oxy.Oxy sẽ đẩy nhanh quá trình phân hủy chất điện phân, áp suất bên trong của pin sẽ tiếp tục tăng và van an toàn sẽ mở sau một mức nhất định.Sự tiếp xúc của vật liệu hoạt động với không khí càng tạo ra nhiều nhiệt hơn.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc giảm lượng chất điện phân sẽ làm giảm đáng kể quá trình sinh nhiệt và khí trong quá trình sạc quá mức.Ngoài ra, người ta đã nghiên cứu rằng khi pin không có nẹp hoặc van an toàn không thể mở bình thường trong quá trình sạc quá mức, pin rất dễ bị nổ.
Việc sạc quá mức nhẹ sẽ không gây ra hiện tượng thoát nhiệt nhưng sẽ làm giảm công suất.Nghiên cứu cho thấy rằng khi pin có vật liệu lai NCM/LMO làm điện cực dương được sạc quá mức, không có hiện tượng giảm dung lượng rõ ràng khi SOC thấp hơn 120% và dung lượng giảm đáng kể khi SOC cao hơn 130%.
Hiện tại, có một số cách để giải quyết vấn đề sạc quá mức:
1) Điện áp bảo vệ được đặt trong BMS, thông thường điện áp bảo vệ thấp hơn điện áp đỉnh trong quá trình sạc quá mức;
2) Cải thiện khả năng chống sạc quá mức của pin thông qua sửa đổi vật liệu (chẳng hạn như lớp phủ vật liệu);
3) Thêm các chất phụ gia chống quá tải, chẳng hạn như các cặp oxi hóa khử, vào chất điện phân;
4) Với việc sử dụng màng nhạy cảm với điện áp, khi pin bị sạc quá mức, điện trở của màng giảm đáng kể, hoạt động như một shunt;
5) Thiết kế OSD và CID được sử dụng trong pin vỏ nhôm vuông, đây là thiết kế chống quá tải phổ biến hiện nay.Pin dạng túi không thể đạt được thiết kế tương tự.
Người giới thiệu
Vật liệu lưu trữ năng lượng 10 (2018) 246–267
Lần này, chúng tôi sẽ giới thiệu về sự thay đổi điện áp và nhiệt độ của pin oxit lithium coban khi được sạc quá mức.Hình bên dưới là đường cong nhiệt độ và điện áp sạc quá mức của pin oxit lithium coban và trục hoành là lượng phân tách.Điện cực âm là than chì và dung môi điện phân là EC/DMC.Dung lượng pin là 1,5Ah.Dòng sạc là 1,5A và nhiệt độ là nhiệt độ bên trong của pin.
Khu I
1. Điện áp pin tăng chậm.Điện cực dương của oxit lithium coban phân hủy hơn 60% và lithium kim loại được kết tủa ở phía điện cực âm.
2. Pin bị phồng lên, có thể là do cực dương của chất điện phân bị oxy hóa ở áp suất cao.
3. Nhiệt độ cơ bản ổn định, có tăng nhẹ.
Khu II
1. Nhiệt độ bắt đầu tăng chậm.
2. Trong phạm vi 80 ~ 95%, trở kháng của điện cực dương tăng và nội trở của pin tăng, nhưng nó giảm ở mức 95%.
3. Điện áp pin vượt quá 5V và đạt mức tối đa.
Khu III
1. Ở mức khoảng 95%, nhiệt độ pin bắt đầu tăng nhanh.
2. Từ khoảng 95% cho đến gần 100%, điện áp pin giảm nhẹ.
3. Khi nhiệt độ bên trong của pin đạt khoảng 100°C, điện áp của pin giảm mạnh, điều này có thể do điện trở trong của pin giảm do nhiệt độ tăng.
Khu IV
1. Khi nhiệt độ bên trong của pin cao hơn 135°C, dải phân cách PE bắt đầu tan chảy, điện trở trong của pin tăng nhanh, điện áp đạt đến giới hạn trên (~12V) và dòng điện giảm xuống mức thấp hơn. giá trị.
2. Trong khoảng 10-12V, điện áp ắc quy không ổn định và dòng điện dao động.
3. Nhiệt độ bên trong của pin tăng nhanh và nhiệt độ tăng lên 190-220°C trước khi pin bị hỏng.
4. Pin bị hỏng.
Việc sạc quá mức pin ternary tương tự như pin lithium coban oxide.Khi sạc quá mức pin ternary vỏ nhôm vuông trên thị trường, OSD hoặc CID sẽ được kích hoạt khi vào Vùng III và dòng điện sẽ bị cắt để bảo vệ pin khỏi bị sạc quá mức.
Người giới thiệu
Tạp chí Hiệp hội Điện hóa, 148 (8) A838-A844 (2001)
Thời gian đăng: Dec-07-2022