Nos últimos anos, com a expansão gradual do mercado de automóveis elétricos, os veículos elétricos começaram a aparecer cada vez mais freqüentemente em nossa vida diária. Como produto intimamente relacionado à segurança de nossas vidas e propriedades, a segurança da bateria de veículos elétricos é particularmente importante A bateria de energia na fábrica é necessária para atender a sobrecarga, descarga, acupuntura e curto-circuito e outros rígidos testes de segurança para garantir a segurança da bateria em uso.
No processo atual de bateria de lítio-íon, todos os elementos Li na bateria são fornecidos pelo eletrodo positivo. Ao carregar, o Li é removido do eletrodo positivo e incorporado no eletrodo negativo e o processo de descarga é exatamente o oposto. Em circunstâncias normais, A quantidade de delitagem do eletrodo positivo é controlada dentro de um intervalo razoável, de modo que o potencial do material de eletrodo positivo pode ser totalmente utilizado sem causar colapso da estrutura de eletrodo positivo, garantindo assim a segurança e a vida útil do ciclo da bateria de iões de lítio. No entanto, em casos especiais, por exemplo, Danos de BMS, avarias, etc. podem causar sobrecarga de baterias de íon de lítio, causando problemas de segurança e danos ao desempenho da bateria.
Em geral, pensamos que, no caso de sobrecarregar, a bateria de iões de lítio reagirá internamente: 1) O eletrólito é decomposto e o excesso de carga faz com que o potencial positivo continue a aumentar. Quando o potencial positivo é superior a 4,5 V, a eletrólise do carbonato orgânico convencional O líquido começa a se decompor, resultando em problemas de segurança; 2) análise negativa O design da bateria Li-ion na capacidade negativa será maior que o positivo, chamamos redundância ou relação NP, em geral, a capacidade do eletrodo negativo será maior do que o positivo 10-30 %. Mas na sobrecarga, o positivo irá prolapso o excesso de Li, que excede a capacidade do eletrodo negativo, resultando na precipitação de Li na superfície do eletrodo negativo, o que não só levará ao dano do desempenho da bateria, em condições severas pode levar a curto-circuito interno, Conduzindo a acidentes de segurança, 3) a estrutura do material catódico colapsa. Atualmente, o mainstream de materiais terciários e materiais LCO de baterias de íons de lítio pertencem a uma estrutura em camadas com uma capacidade teórica de até 270 mAh / g, mas apenas uma parte de Li pode ser removida de forma reversível, Por exemplo, para um material de LCO, a capacidade reversível é de cerca de 140 mAh / g. Continuar a remover o Li faz com que a estrutura em camadas do material de eletrodo positivo perca suporte e colapso estrutural, resultando em falha no material de eletrodo positivo.
Para a estrutura em camadas do material catódico na sobrecarga ocorrerá danos estruturais, o Laboratório Nacional Argonau dos Estados Unidos, Laboratórios Nacionais Sandia e o Laboratório Nacional Oak Ridge Javier Bareño e outros sobre o material NMC532 na sobrecarga na estrutura Verificou-se que o material NMC532 não colapsa estruturalmente como imaginamos depois de sobrecarregar, mas mantém a estrutura em camadas, mas forma uma camada contendo mais C e O na superfície do eletrodo positivo Produtos de decomposição de eletrólitos. Também descobriu-se que após a sobrecarga, o filme SEI negativo consome mais Li e parte do lítio sob a forma de metal Li precipitado no eletrodo negativo, resultando na descarga de eletricidade para 0% SoC Li conteúdo de material NMC532 aparece Declínio significativo.
Javier Bareño e outro primeiro laboratório nacional ORNL Oak Ridge usando NMC532 / grafite preparado 1.5Ah bateria macia e, em seguida, no Sandia National Laboratory SNL serão carregadas de soft pack para 100%, 120%, 140%, respectivamente, 160%, 180% e 250% de estados de SoC com 250% de carga de SOC levando a vazamento de células e, em seguida, descarregando as células acima para 0% de SoC para dissecação para investigar o efeito de sobrecarga na estrutura do material do cátodo.
A figura acima mostra o padrão XRD do eletrodo positivo carregado em diferentes estados de SoC e depois descarregado para 0% SoC. Em comparação com vários outros picos de difracção, descobrimos que, embora esses eletrodos positivos tenham sofrido sobrecargas diferentes, o material de eletrodo positivo A estrutura básica não foi destruída, apenas um pequeno aumento na largura do pico de difracção, o que significa que o material da bateria dentro de um certo grau de estresse.
Isso também pode ser testemunhado a partir da imagem SEM (inferior). Como pode ser visto a partir da figura abaixo, a forma da partícula do material NMC532 ainda é claramente reconhecida apesar do teste de sobrecarga. A morfologia da partícula secundária não é Ocorreu uma mudança significativa.
Embora estruturalmente não tenham sido observadas mudanças estruturais significativas no material NMC532, a partir do teor de Li local (como mostrado na figura a seguir), quando carregado para mais de 120% de SoC, embora descarregado para 0% SoC, o material NMC532 O conteúdo de Li ainda não pode ser restaurado para o estado inicial, e quanto maior for o SoC de carregamento, menor será o Li no material do eletrodo positivo após a descarga completa. Isso ocorre em parte porque a estrutura do material de eletrodo positivo decai, mas a causa mais provável é o processo de sobrecarga O crescimento do filme SEI negativo consome Li ou parte de precipitados de Li na superfície do eletrodo negativo na forma de Li metálico, que consome muito Li, levando a uma diminuição significativa do Li re-incorporado no eletrodo positivo.
Para estudar ainda mais a influência da sobrecarga na estrutura do material NMC532, Javier Bareño analisou os materiais da bateria com diferentes graus de sobrecarga de XPS. As principais mudanças do material de eletrodo positivo refletem-se nas mudanças de intensidade dos dois picos de difração O1s e P2p, Pode ver-se que existem dois tipos de O no material, uma é a mais eletronegatividade O a 530 eV, por exemplo, o oxigênio no óxido metálico e o oxigênio na NMC 532, e o outro Um é o O menos eletronegativo correspondente a 533 eV, por exemplo, o elemento O em matéria orgânica. Com base na quantidade desses dois O, o número de eletronegatividade O que corresponde a 530 eV é sobrecarregado para 180 % SoC não mudou muito antes, principalmente sobrecarregado para 250% após um aumento maior, mas o teor de O em matéria orgânica aumentou com o grau de sobrecarga aumentada, indicando que no processo de sobrecarga A superfície positiva do eletrodo produziu mais produtos de decomposição de eletrólitos. O pico de P2p correspondente à decomposição do eletrólito P2O5, após sobrecarga da intensidade desse pico foi significativamente aumentado, indicando que a superfície do ânodo dos produtos de decomposição eletrolítica aumentou,Consistente com os resultados dos O1s acima.
A partir da análise acima, o teor de Li no material de eletrodo positivo diminui rapidamente com o aumento do grau de sobrecarga após a sobrecarga exceder 140% de SoC, e essas perdas de Li são amplamente consumidas pelo crescimento do filme SEI negativo Ou formado na superfície da precipitação de eletrodo negativo Li. Do estudo XRD descobriu que o de-Li excessivo não conduziu à destruição da estrutura do eletrodo positivo NMC532, o material de eletrodo positivo sobrecarregado ainda mantinha uma estrutura em camadas. Mas a sobrecarga levou ao eletrólito na superfície do eletrodo positivo A descomposição, com o aumento do grau de sobrecarga, os produtos positivos de decomposição de eletrólitos também são um aumento correspondente na sobrecarga para 250% de SoC, levará à decomposição térmica do eletrólito, resultando em mais gás, resultando na bateria Vazamento.
