Լիթիումի մարտկոցի գերլիցքավորման մեխանիզմ և լիցքավորման դեմ միջոցներ (1)

Գերլիցքավորումը ներկայիս լիթիումային մարտկոցի անվտանգության թեստի ամենադժվար կետերից մեկն է, ուստի անհրաժեշտ է հասկանալ գերլիցքավորման մեխանիզմը և գերլիցքավորումը կանխելու ընթացիկ միջոցները:

Նկար 1-ը NCM+LMO/Gr համակարգի մարտկոցի լարման և ջերմաստիճանի կորերն են, երբ այն գերլիցքավորվում է:Լարումը հասնում է առավելագույնի 5.4 Վ-ում, այնուհետև լարումը իջնում ​​է՝ ի վերջո առաջացնելով ջերմային փախուստ:Եռյակային մարտկոցի գերլիցքավորման լարման և ջերմաստիճանի կորերը շատ նման են դրան։

Երբ լիթիումի մարտկոցը գերլիցքավորվում է, այն կառաջացնի ջերմություն և գազ:Ջերմությունը ներառում է օհմական ջերմություն և կողմնակի ռեակցիաների արդյունքում առաջացող ջերմություն, որոնցից օհմական ջերմությունը գլխավորն է։Գերլիցքավորման հետևանքով առաջացած մարտկոցի կողմնակի ռեակցիան առաջին հերթին այն է, որ լիթիումի ավելցուկը տեղադրվում է բացասական էլեկտրոդի մեջ, և լիթիումի դենդրիտները կաճեն բացասական էլեկտրոդի մակերեսին (N/P հարաբերակցությունը կազդի լիթիումի դենդրիտների աճի սկզբնական SOC-ի վրա):Երկրորդն այն է, որ լիթիումի ավելցուկը արդյունահանվում է դրական էլեկտրոդից, ինչը հանգեցնում է դրական էլեկտրոդի կառուցվածքի փլուզման, ջերմության և թթվածնի ազատման:Թթվածինը կարագացնի էլեկտրոլիտի քայքայումը, մարտկոցի ներքին ճնշումը կշարունակի բարձրանալ, իսկ անվտանգության փականը կբացվի որոշակի մակարդակից հետո։Ակտիվ նյութի շփումը օդի հետ ավելի շատ ջերմություն է առաջացնում:

Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ էլեկտրոլիտի քանակի կրճատումը զգալիորեն կնվազեցնի ջերմության և գազի արտադրությունը գերլիցքավորման ժամանակ:Բացի այդ, ուսումնասիրվել է, որ այն դեպքում, երբ մարտկոցը լիցքաթափում չունի կամ անվտանգության փականը չի կարող նորմալ բացվել գերլիցքավորման ժամանակ, մարտկոցը հակված է պայթյունի։

Թեթևակի գերլիցքավորումը չի առաջացնի ջերմային արտահոսք, բայց կհանգեցնի հզորության թուլացման:Ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ երբ NCM/LMO հիբրիդային նյութով որպես դրական էլեկտրոդով մարտկոցը գերլիցքավորվում է, ակնհայտ հզորության քայքայում չկա, երբ SOC-ը 120%-ից ցածր է, և հզորությունը զգալիորեն քայքայվում է, երբ SOC-ը 130%-ից բարձր է:

Ներկայումս գերբեռնման խնդիրը լուծելու մոտավորապես մի քանի եղանակ կա.

1) Պաշտպանական լարումը սահմանվում է BMS-ում, սովորաբար գերլիցքավորման ժամանակ պաշտպանության լարումը ցածր է գագաթնակետից.

2) Բարելավել մարտկոցի գերլիցքավորման դիմադրությունը նյութի փոփոխության միջոցով (օրինակ՝ նյութի ծածկույթը);

3) էլեկտրոլիտին ավելացնել հակագերլիցքավորման հավելումներ, ինչպիսիք են ռեդոքս զույգերը.

4) լարման զգայուն թաղանթի կիրառմամբ, երբ մարտկոցը գերլիցքավորվում է, թաղանթի դիմադրությունը զգալիորեն նվազում է, որը կատարում է շանտի դեր.

5) OSD և CID նմուշները օգտագործվում են քառակուսի ալյումինե թաղանթ մարտկոցներում, որոնք ներկայումս սովորական հակագերլիցքավորման նմուշներ են:Քսակի մարտկոցը չի կարող հասնել նմանատիպ դիզայնի:

Հղումներ

Էներգիայի պահպանման նյութեր 10 (2018) 246–267

Այս անգամ մենք կներկայացնենք լիթիումի կոբալտ օքսիդի մարտկոցի լարման և ջերմաստիճանի փոփոխությունները, երբ այն գերլիցքավորվում է:Ստորև բերված նկարը լիթիումի կոբալտ օքսիդի մարտկոցի գերլիցքավորման լարման և ջերմաստիճանի կորն է, իսկ հորիզոնական առանցքը՝ դելիտիայի քանակությունը:Բացասական էլեկտրոդը գրաֆիտ է, իսկ էլեկտրոլիտի լուծիչը՝ EC/DMC:Մարտկոցի հզորությունը 1,5 Աժ է:Լիցքավորման հոսանքը 1,5 Ա է, իսկ ջերմաստիճանը մարտկոցի ներքին ջերմաստիճանն է։

Գոտի I

1. Մարտկոցի լարումը դանդաղ է բարձրանում։Լիթիումի կոբալտի օքսիդի դրական էլեկտրոդն ավելի քան 60%-ով դուրս է հանում, իսկ մետաղական լիթիումը նստում է բացասական էլեկտրոդի կողմից:

2. Մարտկոցը ուռչում է, ինչը կարող է պայմանավորված լինել դրական կողմի էլեկտրոլիտի բարձր ճնշման օքսիդացումից:

3. Ջերմաստիճանը հիմնականում կայուն է՝ աննշան բարձրացումով։

Գոտի II

1. Ջերմաստիճանը սկսում է դանդաղ բարձրանալ։

2. 80~95% միջակայքում դրական էլեկտրոդի դիմադրությունը մեծանում է, իսկ մարտկոցի ներքին դիմադրությունը մեծանում է, բայց այն նվազում է 95%-ով։

3. Մարտկոցի լարումը գերազանցում է 5V-ը և հասնում առավելագույնի։

III գոտի

1. Մոտ 95%-ի դեպքում մարտկոցի ջերմաստիճանը սկսում է արագորեն բարձրանալ:

2. Մոտ 95%-ից մինչև 100%-ի մոտ մարտկոցի լարումը մի փոքր նվազում է։

3. Երբ մարտկոցի ներքին ջերմաստիճանը հասնում է մոտ 100°C, մարտկոցի լարումը կտրուկ իջնում ​​է, ինչը կարող է պայմանավորված լինել մարտկոցի ներքին դիմադրության նվազմամբ՝ ջերմաստիճանի բարձրացման պատճառով։

Գոտի IV

1. Երբ մարտկոցի ներքին ջերմաստիճանը 135°C-ից բարձր է, PE բաժանարարը սկսում է հալվել, մարտկոցի ներքին դիմադրությունը արագորեն բարձրանում է, լարումը հասնում է վերին սահմանին (~12V), իսկ հոսանքն իջնում ​​է մինչև ավելի ցածր: արժեքը։

2. 10-12 Վ-ի միջեւ մարտկոցի լարումը անկայուն է, իսկ հոսանքը տատանվում է:

3. Մարտկոցի ներքին ջերմաստիճանը արագորեն բարձրանում է, և մինչև մարտկոցի պատռվելը ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև 190-220°C:

4. Մարտկոցը փչացել է։

Եռակի մարտկոցների գերլիցքավորումը նման է լիթիումի կոբալտ օքսիդի մարտկոցների լիցքավորմանը:Շուկայում քառակուսի ալյումինե պատյաններով եռակի մարտկոցները գերլիցքավորելիս, III գոտի մուտք գործելիս OSD-ը կամ CID-ը կակտիվանան, և հոսանքը կկտրվի՝ մարտկոցը գերլիցքավորումից պաշտպանելու համար:

Հղումներ

Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)