鋰電池過充機(jī)理與防過充措施有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-04 07:50
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鋰電池過充時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量和氣體，熱量包括歐姆熱和副反應(yīng)產(chǎn)生的熱，其中歐姆熱占主要。過充引發(fā)的電池副反應(yīng)，首先是過量的鋰嵌入負(fù)極，在負(fù)極表面會(huì)生長鋰枝晶（N/P比會(huì)影響鋰枝晶生長的起始SOC）。其次是過量的鋰從正極脫出，引起正極結(jié)構(gòu)坍塌，放出熱量和釋放出氧。氧氣會(huì)加速電解液的分解，電池內(nèi)壓不斷升高，一定程度后安全閥開啟?；钚晕镔|(zhì)和空氣的接觸會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生更多的熱量。
有研究表明減少電解液量會(huì)顯著減少過充時(shí)的產(chǎn)熱和產(chǎn)氣。另有研究過充時(shí)電池不帶夾板或安全閥不能正常開啟，電池易發(fā)生爆炸。
輕微地過充不會(huì)導(dǎo)致熱失控，但會(huì)引起容量衰減。研究發(fā)現(xiàn)NCM/LMO混合材料為正極的電池過充時(shí)，SOC低于120%容量沒有明顯的衰減，SOC高于130%時(shí)容量會(huì)衰減顯著。
目前解決過充問題的方法大致有一下幾種：
1）BMS中設(shè)置保護(hù)電壓，通常保護(hù)電壓要低于過充時(shí)的峰值電壓；
2）通過材料改性（如材料包覆）提高電池的抗過充能力；
3）在電解液中添加抗過充添加劑，如氧化還原對(duì)；
4）電壓敏感膜的使用，電池發(fā)生過充時(shí)，膜電阻顯著降低，起到分流作用；
5）在方形鋁殼電池中使用OSD、CID設(shè)計(jì)，目前是通用的防過充設(shè)計(jì)。而軟包電池則無法實(shí)現(xiàn)類似設(shè)計(jì)。
鋰電池過充大致可分為4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的特征如下：
I區(qū)
1.電池電壓緩慢上升。鈷酸鋰正極脫鋰超過60%，在負(fù)極側(cè)析出金屬鋰。
2.電池鼓脹，可能是由于電解液在正極側(cè)高壓氧化。
3.溫度基本穩(wěn)定，略有上升。
II區(qū)
1.溫度開始緩慢升高。
2.在80~95%范圍內(nèi)，正極阻抗增大，電池內(nèi)阻增加，但在95%有所減小。
