გადატვირთვა ერთ-ერთი ყველაზე რთული საკითხია ლითიუმის ბატარეის უსაფრთხოების ამჟამინდელ ტესტში, ამიტომ აუცილებელია გავიგოთ გადატვირთვის მექანიზმი და გადატვირთვის თავიდან ასაცილებლად მიმდინარე ზომები.
სურათი 1 არის NCM+LMO/Gr სისტემის ბატარეის ძაბვისა და ტემპერატურის მრუდები, როდესაც ის გადატვირთულია.ძაბვა მაქსიმუმს აღწევს 5.4 ვოლტზე, შემდეგ კი ძაბვა ეცემა, რაც საბოლოოდ იწვევს თერმულ გაქცევას.სამჯერადი ბატარეის გადატვირთვის ძაბვისა და ტემპერატურის მრუდები ძალიან ჰგავს მას.
როდესაც ლითიუმის ბატარეა გადატვირთულია, ის გამოიმუშავებს სითბოს და გაზს.სითბო მოიცავს ომურ სითბოს და გვერდითი რეაქციების შედეგად წარმოქმნილ სითბოს, რომელთაგან მთავარია ომური სითბო.ბატარეის გვერდითი რეაქცია, რომელიც გამოწვეულია ზედმეტი დატენვით, პირველ რიგში არის ის, რომ ჭარბი ლითიუმი ჩასმულია უარყოფით ელექტროდში და ლითიუმის დენდრიტები გაიზრდება უარყოფითი ელექტროდის ზედაპირზე (N/P თანაფარდობა გავლენას მოახდენს ლითიუმის დენდრიტის ზრდის საწყის SOC-ზე).მეორე არის ის, რომ ჭარბი ლითიუმი გამოიყოფა დადებითი ელექტროდიდან, რაც იწვევს დადებითი ელექტროდის სტრუქტურის კოლაფსს, გამოყოფს სითბოს და გამოყოფს ჟანგბადს.ჟანგბადი დააჩქარებს ელექტროლიტის დაშლას, ბატარეის შიდა წნევა გააგრძელებს მატებას და უსაფრთხოების სარქველი გაიხსნება გარკვეული დონის შემდეგ.აქტიური მასალის ჰაერთან კონტაქტი უფრო მეტ სითბოს წარმოქმნის.
კვლევებმა აჩვენა, რომ ელექტროლიტების რაოდენობის შემცირება მნიშვნელოვნად შეამცირებს სითბოს და გაზის გამომუშავებას გადატვირთვის დროს.გარდა ამისა, შესწავლილია, რომ როდესაც ბატარეას არ აქვს ნადები ან დამცავი სარქველი ვერ იხსნება ნორმალურად გადატვირთვისას, ბატარეა მიდრეკილია აფეთქებისკენ.
უმნიშვნელო გადატვირთვა არ გამოიწვევს თერმული გაქცევას, მაგრამ გამოიწვევს სიმძლავრის გაქრობას.კვლევამ აჩვენა, რომ როდესაც ბატარეა NCM/LMO ჰიბრიდული მასალით, როგორც დადებითი ელექტროდი გადატვირთულია, არ არის აშკარა სიმძლავრის დაქვეითება, როდესაც SOC 120%-ზე დაბალია და სიმძლავრე მნიშვნელოვნად იშლება, როდესაც SOC 130%-ზე მაღალია.
ამჟამად, გადატვირთვის პრობლემის გადაჭრის დაახლოებით რამდენიმე გზა არსებობს:
1) დაცვის ძაბვა დაყენებულია BMS-ში, ჩვეულებრივ დამცავი ძაბვა უფრო დაბალია, ვიდრე პიკური ძაბვა გადატვირთვისას;
2) გააუმჯობესოს ბატარეის გადატვირთვის წინააღმდეგობა მასალის მოდიფიკაციის გზით (როგორიცაა მასალის საფარი);
3) ელექტროლიტს დაამატეთ დამუხტვის საწინააღმდეგო დანამატები, როგორიცაა რედოქსის წყვილი;
4) ძაბვისადმი მგრძნობიარე მემბრანის გამოყენებით, ბატარეის გადატვირთვისას, მნიშვნელოვნად მცირდება მემბრანის წინააღმდეგობა, რომელიც მოქმედებს როგორც შუნტი;
5) OSD და CID დიზაინები გამოიყენება კვადრატული ალუმინის ჭურვის ბატარეებში, რომლებიც ამჟამად გავრცელებულია გადატვირთვის საწინააღმდეგო დიზაინით.ჩანთის ბატარეა ვერ აღწევს მსგავს დიზაინს.
ცნობები
ენერგიის შესანახი მასალები 10 (2018) 246–267
ამჯერად შემოგთავაზებთ ლითიუმ კობალტის ოქსიდის ბატარეის ძაბვისა და ტემპერატურის ცვლილებებს მისი გადატვირთვისას.ქვემოთ მოყვანილი სურათი არის ლითიუმის კობალტის ოქსიდის ბატარეის გადატვირთვის ძაბვისა და ტემპერატურის მრუდი, ხოლო ჰორიზონტალური ღერძი არის დელიტის რაოდენობა.უარყოფითი ელექტროდი არის გრაფიტი, ხოლო ელექტროლიტის გამხსნელი არის EC/DMC.ბატარეის სიმძლავრეა 1.5Ah.დატენვის დენი არის 1.5A, ხოლო ტემპერატურა არის ბატარეის შიდა ტემპერატურა.
ზონა I
1. ბატარეის ძაბვა ნელა იზრდება.ლითიუმის კობალტის ოქსიდის დადებითი ელექტროდი იშლება 60%-ზე მეტს, ხოლო ლითონის ლითიუმი დალექილია უარყოფითი ელექტროდის მხარეს.
2. ბატარეა ამობურცულია, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს ელექტროლიტის მაღალი წნევით დაჟანგვით დადებით მხარეს.
3. ტემპერატურა ძირითადად სტაბილურია უმნიშვნელო მატებით.
II ზონა
1. ტემპერატურა იწყებს ნელ-ნელა მატებას.
2. 80~95% დიაპაზონში იზრდება დადებითი ელექტროდის წინაღობა და იზრდება ბატარეის შიდა წინააღმდეგობა, მაგრამ მცირდება 95%-ით.
3. ბატარეის ძაბვა აღემატება 5 ვ-ს და აღწევს მაქსიმუმს.
III ზონა
1. დაახლოებით 95%-ზე ბატარეის ტემპერატურა იწყებს სწრაფად მატებას.
2. დაახლოებით 95%-დან 100%-მდე აკუმულატორის ძაბვა ოდნავ ეცემა.
3. როდესაც აკუმულატორის შიდა ტემპერატურა მიაღწევს დაახლოებით 100°C-ს, ბატარეის ძაბვა მკვეთრად ეცემა, რაც შეიძლება გამოწვეული იყოს აკუმულატორის შიდა წინააღმდეგობის დაქვეითებით ტემპერატურის მატებით.
ზონა IV
1. როდესაც ბატარეის შიდა ტემპერატურა 135°C-ზე მაღალია, PE გამყოფი იწყებს დნობას, ბატარეის შიდა წინააღმდეგობა სწრაფად იზრდება, ძაბვა აღწევს ზედა ზღვარს (~12V) და დენი ეცემა ქვედაზე. ღირებულება.
2. 10-12 ვ-ს შორის ბატარეის ძაბვა არასტაბილურია და დენი იცვლება.
3. აკუმულატორის შიდა ტემპერატურა სწრაფად მატულობს, ხოლო ტემპერატურა 190-220°C-მდე მატულობს ბატარეის გაფუჭებამდე.
4. ბატარეა გაფუჭებულია.
სამჯერადი ბატარეების გადატვირთვა ლითიუმის კობალტის ოქსიდის ბატარეების მსგავსია.ბაზარზე კვადრატული ალუმინის გარსებით სამჯერადი ბატარეების გადატვირთვისას, OSD ან CID გააქტიურდება III ზონაში შესვლისას და დენი გაითიშება ბატარეის გადატვირთვისგან დასაცავად.
ცნობები
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
გამოქვეყნების დრო: დეკ-07-2022