Ülelaadimine on praeguse liitiumaku ohutustesti üks keerulisemaid punkte, seega on vaja mõista ülelaadimise mehhanismi ja praeguseid meetmeid ülelaadimise vältimiseks.
Pilt 1 on NCM+LMO/Gr süsteemi aku pinge- ja temperatuurikõverad, kui see on ülelaaditud.Pinge saavutab maksimumi 5,4 V juures ja seejärel pinge langeb, põhjustades lõpuks termilise äravoolu.Kolmekomponentse aku ülelaadimise pinge- ja temperatuurikõverad on sellega väga sarnased.
Kui liitiumaku on üle laetud, tekitab see soojust ja gaasi.Soojus hõlmab oomilist soojust ja kõrvalreaktsioonidest tekkivat soojust, millest peamine on oomiline soojus.Aku ülelaadimisest põhjustatud kõrvalreaktsioon on esiteks see, et liigne liitium sisestatakse negatiivsesse elektroodi ja liitiumdendriidid kasvavad negatiivse elektroodi pinnale (N/P suhe mõjutab liitiumdendriidi kasvu esialgset SOC-i).Teine on see, et liigne liitium ekstraheeritakse positiivsest elektroodist, mis põhjustab positiivse elektroodi struktuuri kokkuvarisemise, soojuse ja hapniku vabanemise.Hapnik kiirendab elektrolüüdi lagunemist, aku siserõhk tõuseb jätkuvalt ja kaitseklapp avaneb pärast teatud taseme saavutamist.Aktiivse materjali kokkupuude õhuga tekitab veelgi rohkem soojust.
Uuringud on näidanud, et elektrolüüdi koguse vähendamine vähendab oluliselt soojuse ja gaasi tootmist ülelaadimise ajal.Lisaks on uuritud, et kui akul ei ole lahast või ülelaadimise ajal ei saa kaitseklappi normaalselt avada, on aku plahvatusohtlik.
Kerge ülelaadimine ei põhjusta termilist äravoolu, kuid põhjustab võimsuse vähenemist.Uuringus leiti, et kui aku, mille positiivse elektrood on NCM/LMO hübriidmaterjal, on ülelaaditud, ei toimu selget võimsuse vähenemist, kui SOC on madalam kui 120%, ja võimsus väheneb oluliselt, kui SOC on suurem kui 130%.
Praegu on ülelaadimise probleemi lahendamiseks ligikaudu mitu võimalust:
1) Kaitsepinge on seatud BMS-is, tavaliselt on kaitsepinge ülelaadimise ajal madalam tipppingest;
2) Parandage aku ülelaadimiskindlust materjali muutmise kaudu (nt materjali katmine);
3) Lisage elektrolüüdile ülelaadimisvastaseid lisandeid, näiteks redokspaare;
4) Pingetundliku membraani kasutamisel, kui aku on üle laetud, väheneb oluliselt membraani takistus, mis toimib šuntina;
5) OSD- ja CID-disainilahendusi kasutatakse ruudukujulistes alumiiniumkoorega akudes, mis on praegu levinud ülelaadimisvastased konstruktsioonid.Koti aku ei saa saavutada sarnast disaini.
Viited
Energia salvestamise materjalid 10 (2018) 246–267
Seekord tutvustame liitiumkoobaltoksiidi aku pinge ja temperatuuri muutusi selle ülelaadimisel.Alloleval pildil on liitiumkoobaltoksiidpatarei ülelaadimispinge ja temperatuurikõver ning horisontaaltelg on delitiatsiooni kogus.Negatiivne elektrood on grafiit ja elektrolüüdi lahusti on EC/DMC.Aku mahutavus on 1,5 Ah.Laadimisvool on 1,5A ja temperatuur on aku sisetemperatuur.
I tsoon
1. Aku pinge tõuseb aeglaselt.Liitiumkoobaltoksiidi positiivne elektrood delitieerub üle 60% ja metalli liitium sadestub negatiivse elektroodi poolel.
2. Aku on punnis, mille põhjuseks võib olla positiivse poole elektrolüüdi kõrgsurveoksüdatsioon.
3. Temperatuur on põhimõtteliselt stabiilne, kerge tõusuga.
II tsoon
1. Temperatuur hakkab aeglaselt tõusma.
2. Vahemikus 80-95% suureneb positiivse elektroodi impedants ja aku sisetakistus suureneb, kuid see väheneb 95%.
3. Aku pinge ületab 5V ja jõuab maksimumini.
III tsoon
1. Umbes 95% juures hakkab aku temperatuur kiiresti tõusma.
2. Umbes 95%-lt kuni peaaegu 100%-ni aku pinge veidi langeb.
3. Kui aku sisetemperatuur jõuab umbes 100°C-ni, langeb aku pinge järsult, mis võib olla tingitud aku sisemise takistuse vähenemisest temperatuuri tõusust.
IV tsoon
1. Kui aku sisetemperatuur on kõrgem kui 135°C, hakkab PE-separaator sulama, aku sisetakistus tõuseb kiiresti, pinge jõuab ülemise piirini (~12V) ja vool langeb madalamale. väärtus.
2. 10-12V vahel on aku pinge ebastabiilne ja vool kõigub.
3. Aku sisetemperatuur tõuseb kiiresti ja temperatuur tõuseb enne aku purunemist 190-220°C-ni.
4. Aku on katki.
Kolmekomponentsete akude ülelaadimine on sarnane liitiumkoobaltoksiidpatareide omaga.Turul olevate ruudukujuliste alumiiniumkestadega kolmekomponentsete akude ülelaadimisel aktiveeritakse III tsooni sisenedes OSD või CID ja vool katkestatakse, et kaitsta akut ülelaadimise eest.
Viited
Journal of The Electrochemical Society, 148 (8) A838-A844 (2001)
Postitusaeg: 07. detsember 2022