લિથિયમ બેટરી ઓવરચાર્જ મિકેનિઝમ અને એન્ટી-ઓવરચાર્જ પગલાં（1）

વર્તમાન લિથિયમ બેટરી સલામતી પરીક્ષણમાં ઓવરચાર્જિંગ એ સૌથી મુશ્કેલ વસ્તુઓમાંની એક છે, તેથી ઓવરચાર્જિંગની પદ્ધતિ અને ઓવરચાર્જિંગને રોકવા માટેના વર્તમાન પગલાંને સમજવું જરૂરી છે.

ચિત્ર 1 એ NCM+LMO/Gr સિસ્ટમ બેટરીના વોલ્ટેજ અને તાપમાનના વળાંક છે જ્યારે તે ઓવરચાર્જ થાય છે.વોલ્ટેજ મહત્તમ 5.4V પર પહોંચે છે, અને પછી વોલ્ટેજ ઘટી જાય છે, જે આખરે થર્મલ ભાગેડુનું કારણ બને છે.ટર્નરી બેટરીના ઓવરચાર્જના વોલ્ટેજ અને તાપમાનના વળાંકો તેના જેવા જ છે.

જ્યારે લિથિયમ બેટરી ઓવરચાર્જ થાય છે, ત્યારે તે ગરમી અને ગેસ ઉત્પન્ન કરશે.ગરમીમાં ઓહ્મિક ગરમી અને બાજુની પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા ઉત્પન્ન થતી ગરમીનો સમાવેશ થાય છે, જેમાંથી ઓહ્મિક ગરમી મુખ્ય છે.ઓવરચાર્જિંગને કારણે બેટરીની બાજુની પ્રતિક્રિયા એ છે કે નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડમાં વધારાનું લિથિયમ દાખલ કરવામાં આવે છે, અને લિથિયમ ડેંડ્રાઇટ્સ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર વધશે (N/P ગુણોત્તર લિથિયમ ડેંડ્રાઇટ વૃદ્ધિના પ્રારંભિક SOCને અસર કરશે).બીજું એ છે કે પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડમાંથી વધારાનું લિથિયમ કાઢવામાં આવે છે, જેના કારણે પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડનું માળખું તૂટી જાય છે, ગરમી છોડે છે અને ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે.ઓક્સિજન ઇલેક્ટ્રોલાઇટના વિઘટનને વેગ આપશે, બેટરીનું આંતરિક દબાણ વધતું રહેશે, અને સલામતી વાલ્વ ચોક્કસ સ્તર પછી ખુલશે.હવા સાથે સક્રિય પદાર્થનો સંપર્ક વધુ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે.

અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટની માત્રામાં ઘટાડો કરવાથી ઓવરચાર્જિંગ દરમિયાન ગરમી અને ગેસના ઉત્પાદનમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થશે.વધુમાં, એવો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે કે જ્યારે બેટરીમાં સ્પ્લિન્ટ ન હોય અથવા ઓવરચાર્જિંગ દરમિયાન સલામતી વાલ્વ સામાન્ય રીતે ખોલી ન શકાય, ત્યારે બેટરી વિસ્ફોટની સંભાવના ધરાવે છે.

સહેજ વધુ ચાર્જિંગ થર્મલ રનઅવેનું કારણ બનશે નહીં, પરંતુ ક્ષમતામાં ઘટાડો થવાનું કારણ બનશે.અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે જ્યારે પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે એનસીએમ/એલએમઓ હાઇબ્રિડ સામગ્રી સાથેની બેટરી ઓવરચાર્જ થાય છે, ત્યારે SOC 120% કરતા ઓછી હોય ત્યારે ક્ષમતામાં કોઈ સ્પષ્ટ ક્ષય થતો નથી, અને જ્યારે SOC 130% કરતા વધારે હોય ત્યારે ક્ષમતા નોંધપાત્ર રીતે ક્ષીણ થાય છે.

હાલમાં, ઓવરચાર્જિંગ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે લગભગ ઘણી રીતો છે:

1) BMS માં પ્રોટેક્શન વોલ્ટેજ સેટ કરવામાં આવે છે, સામાન્ય રીતે ઓવરચાર્જિંગ દરમિયાન પ્રોટેક્શન વોલ્ટેજ પીક વોલ્ટેજ કરતા ઓછું હોય છે;

2) મટીરીયલ ફેરફાર (જેમ કે મટીરીયલ કોટિંગ) દ્વારા બેટરીના ઓવરચાર્જ પ્રતિકારમાં સુધારો કરો;

3) ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં એન્ટી-ઓવરચાર્જ ઉમેરણો, જેમ કે રેડોક્સ જોડીઓ ઉમેરો;

4) વોલ્ટેજ-સંવેદનશીલ પટલના ઉપયોગથી, જ્યારે બેટરી ઓવરચાર્જ થાય છે, ત્યારે પટલનો પ્રતિકાર નોંધપાત્ર રીતે ઓછો થાય છે, જે શંટ તરીકે કાર્ય કરે છે;

5) OSD અને CID ડિઝાઇનનો ઉપયોગ ચોરસ એલ્યુમિનિયમ શેલ બેટરીમાં થાય છે, જે હાલમાં સામાન્ય એન્ટી-ઓવરચાર્જ ડિઝાઇન છે.પાઉચ બેટરી સમાન ડિઝાઇન પ્રાપ્ત કરી શકતી નથી.

સંદર્ભ

એનર્જી સ્ટોરેજ મટિરિયલ્સ 10 (2018) 246–267

આ વખતે, અમે લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ બેટરીના વોલ્ટેજ અને તાપમાનના ફેરફારોને રજૂ કરીશું જ્યારે તે ઓવરચાર્જ થાય છે.નીચેનું ચિત્ર લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ બેટરીનું ઓવરચાર્જ વોલ્ટેજ અને તાપમાન વળાંક છે, અને આડી અક્ષ એ ડિલિથિએશન રકમ છે.નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ ગ્રેફાઇટ છે, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્રાવક EC/DMC છે.બેટરીની ક્ષમતા 1.5Ah છે.ચાર્જિંગ વર્તમાન 1.5A છે, અને તાપમાન એ બેટરીનું આંતરિક તાપમાન છે.

ઝોન I

1. બેટરી વોલ્ટેજ ધીમે ધીમે વધે છે.લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડનું સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ 60% થી વધુ દૂર કરે છે, અને મેટલ લિથિયમ નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ બાજુ પર અવક્ષેપિત થાય છે.

2. બેટરી ફૂંકાય છે, જે હકારાત્મક બાજુએ ઇલેક્ટ્રોલાઇટના ઉચ્ચ દબાણના ઓક્સિડેશનને કારણે હોઈ શકે છે.

3. તાપમાન સહેજ વધારા સાથે મૂળભૂત રીતે સ્થિર છે.

ઝોન II

1. તાપમાન ધીમે ધીમે વધવા લાગે છે.

2. 80~95% ની રેન્જમાં, પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડનો અવરોધ વધે છે, અને બેટરીનો આંતરિક પ્રતિકાર વધે છે, પરંતુ તે 95% પર ઘટે છે.

3. બેટરી વોલ્ટેજ 5V કરતાં વધી જાય છે અને મહત્તમ સુધી પહોંચે છે.

ઝોન III

1. લગભગ 95% પર, બેટરીનું તાપમાન ઝડપથી વધવાનું શરૂ કરે છે.

2. લગભગ 95% થી, લગભગ 100% સુધી, બેટરી વોલ્ટેજ સહેજ ઘટે છે.

3. જ્યારે બેટરીનું આંતરિક તાપમાન લગભગ 100°C સુધી પહોંચે છે, ત્યારે બેટરીનું વોલ્ટેજ ઝડપથી ઘટી જાય છે, જે તાપમાનમાં વધારાને કારણે બેટરીના આંતરિક પ્રતિકારમાં ઘટાડો થવાને કારણે થઈ શકે છે.

ઝોન IV

1. જ્યારે બેટરીનું આંતરિક તાપમાન 135°C કરતા વધારે હોય છે, ત્યારે PE વિભાજક ઓગળવાનું શરૂ કરે છે, બેટરીનો આંતરિક પ્રતિકાર ઝડપથી વધે છે, વોલ્ટેજ ઉપલી મર્યાદા (~12V) સુધી પહોંચે છે, અને વર્તમાન ઘટીને નીચા થઈ જાય છે. મૂલ્ય

2. 10-12V ની વચ્ચે, બેટરી વોલ્ટેજ અસ્થિર છે અને વર્તમાનમાં વધઘટ થાય છે.

3. બેટરીનું આંતરિક તાપમાન ઝડપથી વધે છે અને બેટરી ફાટી જાય તે પહેલા તાપમાન 190-220°C સુધી વધે છે.

4. બેટરી તૂટી ગઈ છે.

ટર્નરી બેટરીનું ઓવરચાર્જિંગ લિથિયમ કોબાલ્ટ ઓક્સાઇડ બેટરી જેવું જ છે.બજારમાં ચોરસ એલ્યુમિનિયમ શેલ્સ સાથેની ટર્નરી બેટરીને ઓવરચાર્જ કરતી વખતે, ઝોન III માં પ્રવેશતી વખતે OSD અથવા CID સક્રિય થશે, અને બેટરીને ઓવરચાર્જિંગથી બચાવવા માટે કરંટ કાપી નાખવામાં આવશે.

સંદર્ભ

જર્નલ ઓફ ધ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સોસાયટી, 148 (8) A838-A844 (2001)