La surcharge est l'un des éléments les plus difficiles du test de sécurité actuel des batteries au lithium, il est donc nécessaire de comprendre le mécanisme de la surcharge et les mesures actuelles pour éviter la surcharge.
L'image 1 représente les courbes de tension et de température de la batterie du système NCM+LMO/Gr lorsqu'elle est surchargée.La tension atteint un maximum à 5,4 V, puis la tension chute, provoquant éventuellement un emballement thermique.Les courbes de tension et de température de la surcharge de la batterie ternaire lui sont très similaires.
Lorsque la batterie au lithium est surchargée, elle génère de la chaleur et du gaz.La chaleur comprend la chaleur ohmique et la chaleur générée par des réactions secondaires, dont la chaleur ohmique est la principale.La réaction secondaire de la batterie causée par la surcharge est premièrement que l'excès de lithium est inséré dans l'électrode négative, et les dendrites de lithium se développeront à la surface de l'électrode négative (le rapport N/P affectera le SOC initial de la croissance des dendrites de lithium).La seconde est que l'excès de lithium est extrait de l'électrode positive, provoquant l'effondrement de la structure de l'électrode positive, libérant de la chaleur et libérant de l'oxygène.L'oxygène accélérera la décomposition de l'électrolyte, la pression interne de la batterie continuera d'augmenter et la soupape de sécurité s'ouvrira après un certain niveau.Le contact de la matière active avec l'air génère en outre plus de chaleur.
Des études ont montré que la réduction de la quantité d'électrolyte réduirait considérablement la production de chaleur et de gaz lors d'une surcharge.De plus, il a été étudié que lorsque la batterie n'a pas d'attelle ou que la soupape de sécurité ne peut pas être ouverte normalement lors d'une surcharge, la batterie est sujette à l'explosion.
Une légère surcharge ne provoquera pas d'emballement thermique, mais entraînera une perte de capacité.L'étude a révélé que lorsque la batterie avec un matériau hybride NCM/LMO comme électrode positive est surchargée, il n'y a pas de perte de capacité évidente lorsque le SOC est inférieur à 120 %, et la capacité diminue de manière significative lorsque le SOC est supérieur à 130 %.
À l'heure actuelle, il existe à peu près plusieurs façons de résoudre le problème de surcharge :
1) La tension de protection est définie dans le BMS, généralement la tension de protection est inférieure à la tension de crête pendant la surcharge ;
2) Améliorer la résistance à la surcharge de la batterie grâce à une modification matérielle (telle qu'un revêtement de matériau);
3) Ajouter des additifs anti-surcharge, tels que des paires redox, à l'électrolyte ;
4) Avec l'utilisation d'une membrane sensible à la tension, lorsque la batterie est surchargée, la résistance de la membrane est considérablement réduite, ce qui agit comme un shunt ;
5) Les conceptions OSD et CID sont utilisées dans les batteries à coque carrée en aluminium, qui sont actuellement des conceptions anti-surcharge courantes.La batterie de poche ne peut pas atteindre une conception similaire.
Les références
Matériaux de stockage d'énergie 10 (2018) 246–267
Cette fois, nous allons introduire les changements de tension et de température de la batterie au lithium-oxyde de cobalt lorsqu'elle est surchargée.L'image ci-dessous est la tension de surcharge et la courbe de température de la batterie au lithium-oxyde de cobalt, et l'axe horizontal est la quantité de délithiation.L'électrode négative est en graphite et le solvant de l'électrolyte est EC/DMC.La capacité de la batterie est de 1,5 Ah.Le courant de charge est de 1,5 A et la température est la température interne de la batterie.
Zone I
1. La tension de la batterie augmente lentement.L'électrode positive d'oxyde de lithium-cobalt se délithite à plus de 60% et le lithium métallique est précipité du côté de l'électrode négative.
2. La batterie est bombée, ce qui peut être dû à une oxydation à haute pression de l'électrolyte du côté positif.
3. La température est fondamentalement stable avec une légère augmentation.
Zone II
1. La température commence à monter lentement.
2. Dans la plage de 80 à 95 %, l'impédance de l'électrode positive augmente et la résistance interne de la batterie augmente, mais elle diminue à 95 %.
3. La tension de la batterie dépasse 5V et atteint le maximum.
Zone III
1. À environ 95 %, la température de la batterie commence à augmenter rapidement.
2. À partir d'environ 95 %, jusqu'à près de 100 %, la tension de la batterie chute légèrement.
3. Lorsque la température interne de la batterie atteint environ 100°C, la tension de la batterie chute brusquement, ce qui peut être causé par la diminution de la résistance interne de la batterie due à l'augmentation de la température.
Zone IV
1. Lorsque la température interne de la batterie est supérieure à 135 ° C, le séparateur PE commence à fondre, la résistance interne de la batterie augmente rapidement, la tension atteint la limite supérieure (~ 12 V) et le courant chute à un niveau inférieur. valeur.
2. Entre 10 et 12 V, la tension de la batterie est instable et le courant fluctue.
3. La température interne de la batterie augmente rapidement et la température atteint 190-220 ° C avant que la batterie ne se rompe.
4. La batterie est cassée.
La surcharge des batteries ternaires est similaire à celle des batteries lithium-oxyde de cobalt.Lors de la surcharge de batteries ternaires avec des coques en aluminium carrées sur le marché, l'OSD ou le CID sera activé lors de l'entrée dans la zone III, et le courant sera coupé pour protéger la batterie contre la surcharge.
Les références
Journal de la société électrochimique, 148 (8) A838-A844 (2001)
Heure de publication : 07 décembre 2022