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锂电池过充机理及防过充措施简析

时间:  2019-10-29 12:27  来源:  电池之家   作者:  网络转载

过充是目前锂电池安全测试中较难通过的一项,因此有必要了解过充机理及目前防过充的措施。


图1

图1是NCM+LMO/Gr体系电池过充时的电压和温度曲线。在5.4V电压达到最大,随后电压下降,最终引发热失控。三元电池过充的电压和温度曲线与其十分相似。

锂电池过充时会产生热量和气体,热量包括欧姆热和副反应产生的热,其中欧姆热占主要。过充引发的电池副反应,首先是过量的锂嵌入负极,在负极表面会生长锂枝晶(N/P比会影响锂枝晶生长的起始SOC)。其次是过量的锂从正极脱出,引起正极结构坍塌,放出热量和释放出氧。氧气会加速电解液的分解,电池内压不断升高,一定程度后安全阀开启。活性物质和空气的接触会进一步产生更多的热量。

有研究表明减少电解液量会显著减少过充时的产热和产气。另有研究过充时电池不带夹板或安全阀不能正常开启,电池易发生爆炸。

轻微地过充不会导致热失控,但会引起容量衰减。研究发现NCM/LMO混合材料为正极的电池过充时,SOC低于120%容量没有明显的衰减,SOC高于130%时容量会衰减显著。

目前解决过充问题的方法大致有一下几种:

1)BMS中设置保护电压,通常保护电压要低于过充时的峰值电压;

2)通过材料改性(如材料包覆)提高电池的抗过充能力;

3)在电解液中添加抗过充添加剂,如氧化还原对;

4)电压敏感膜的使用,电池发生过充时,膜电阻显著降低,起到分流作用;

5)在方形铝壳电池中使用OSD、CID设计,目前是通用的防过充设计。而软包电池则无法实现类似设计。

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