Ofhleðsla er eitt af erfiðustu hlutunum í núverandi öryggisprófun á litíum rafhlöðu, svo það er nauðsynlegt að skilja kerfi ofhleðslu og núverandi ráðstafanir til að koma í veg fyrir ofhleðslu.
Mynd 1 er spennu- og hitaferill NCM+LMO/Gr kerfis rafhlöðunnar þegar hún er ofhlaðin.Spennan nær hámarki við 5,4V og þá lækkar spennan og veldur að lokum hitauppstreymi.Spennu- og hitaferill ofhleðslu þrískiptu rafhlöðunnar er mjög svipaður henni.
Þegar litíum rafhlaðan er ofhlaðin mun hún mynda hita og gas.Hitinn felur í sér óómískan varma og varma sem myndast við hliðarhvörf, þar af er ómískur hiti aðal.Hliðarviðbrögð rafhlöðunnar af völdum ofhleðslu er í fyrsta lagi að umfram litíum er sett í neikvæða rafskautið og litíum dendrites munu vaxa á yfirborði neikvæða rafskautsins (N/P hlutfall mun hafa áhrif á upphaflega SOC litíum dendrite vöxt).Annað er að umfram litíum er dregið úr jákvæðu rafskautinu, sem veldur því að uppbygging jákvæða rafskautsins hrynur, losar hita og losar súrefni.Súrefni mun flýta fyrir niðurbroti raflausnarinnar, innri þrýstingur rafhlöðunnar mun halda áfram að hækka og öryggisventillinn opnast eftir ákveðið stig.Snerting virka efnisins við loftið myndar enn frekar meiri hita.
Rannsóknir hafa sýnt að minnkandi magn raflausnar dregur verulega úr hita- og gasframleiðslu við ofhleðslu.Auk þess hefur verið rannsakað að þegar rafhlaðan er ekki með spelku eða ekki er hægt að opna öryggisventilinn venjulega við ofhleðslu er hætta á að rafhlaðan springi.
Lítilsháttar ofhleðsla mun ekki valda hitauppstreymi, en mun valda því að afkastageta dofnar.Rannsóknin leiddi í ljós að þegar rafhlaðan með NCM/LMO blendingsefni sem jákvæða rafskautið er ofhlaðin, þá er engin augljós rýrnun á afkastagetu þegar SOC er lægra en 120% og afkastagetan minnkar verulega þegar SOC er hærri en 130%.
Sem stendur eru í grófum dráttum nokkrar leiðir til að leysa ofhleðsluvandamálið:
1) Verndarspennan er stillt í BMS, venjulega er verndarspennan lægri en toppspennan við ofhleðslu;
2) Bættu ofhleðsluþol rafhlöðunnar með efnisbreytingum (eins og efnishúð);
3) Bætið aukaefnum gegn ofhleðslu, svo sem redoxpörum, við raflausnina;
4) Með notkun á spennuviðkvæmri himnu, þegar rafhlaðan er ofhlaðin, minnkar himnuviðnámið verulega, sem virkar sem shunt;
5) OSD og CID hönnun eru notuð í ferhyrndum rafhlöðum úr áli, sem eru nú algengar hönnun gegn ofhleðslu.Poka rafhlaðan getur ekki náð svipaðri hönnun.
Heimildir
Orkugeymsluefni 10 (2018) 246–267
Að þessu sinni munum við kynna spennu- og hitabreytingar litíum kóbaltoxíð rafhlöðunnar þegar hún er ofhlaðin.Myndin hér að neðan er ofhleðsluspenna og hitaferill litíum kóbaltoxíð rafhlöðunnar og lárétti ásinn er magn leysinga.Neikvæða rafskautið er grafít og raflausnin er EC/DMC.Rafgeymirinn er 1,5Ah.Hleðslustraumurinn er 1,5A og hitastigið er innra hitastig rafhlöðunnar.
Svæði I
1. Rafhlöðuspennan hækkar hægt.Jákvæð rafskaut litíum kóbaltoxíðs delithiates meira en 60% og málm litíum fellur út á neikvæðu rafskautshliðinni.
2. Rafhlaðan er bólgin, sem gæti stafað af háþrýstingsoxun á raflausninni á jákvæðu hliðinni.
3. Hitastigið er í grundvallaratriðum stöðugt með smá hækkun.
Svæði II
1. Hitinn fer hægt og rólega að hækka.
2. Á bilinu 80 ~ 95% eykst viðnám jákvæða rafskautsins og innri viðnám rafhlöðunnar eykst, en það minnkar um 95%.
3. Rafhlöðuspennan fer yfir 5V og nær hámarki.
Svæði III
1. Um það bil 95% fer hitastig rafhlöðunnar að hækka hratt.
2. Frá um það bil 95%, þar til nálægt 100%, lækkar rafhlöðuspennan lítillega.
3. Þegar innra hitastig rafhlöðunnar nær um 100°C lækkar rafhlöðuspennan verulega, sem getur stafað af lækkun innra viðnáms rafhlöðunnar vegna hækkunar á hitastigi.
Svæði IV
1. Þegar innra hitastig rafhlöðunnar er hærra en 135°C byrjar PE skiljarinn að bráðna, innra viðnám rafhlöðunnar hækkar hratt, spennan nær efri mörkum (~12V) og straumurinn lækkar í lægri gildi.
2. Á milli 10-12V er rafhlaðaspennan óstöðug og straumurinn sveiflast.
3. Innra hitastig rafhlöðunnar hækkar hratt og hitinn hækkar í 190-220°C áður en rafhlaðan springur.
4. Rafhlaðan er biluð.
Ofhleðsla þriggja rafhlaðna er svipuð og litíum kóbaltoxíð rafhlöður.Þegar ofhleðsla þriggja rafhlaða með ferhyrndum álskeljum á markaðnum verður OSD eða CID virkjuð þegar farið er inn á svæði III og straumurinn verður skorinn af til að vernda rafhlöðuna gegn ofhleðslu.
Heimildir
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Pósttími: Des-07-2022