Overladetolerans for litiumjernfosfatbatterier i høytemperatursmiljø

Litium-jern-fosfatbatterier har fordeler som høy energidensitet, høy sikkerhet, høytemperaturopphold, lav kostnad, mange sykluser og lang levetid, og brukes utelukkende i bilenelektrisk og energilageringsnæring. For å oppfylle de faktiske bruksbehovene kobles vanligvis et stort antall enkelcelle rækkevis eller parallel for å danne en batteripakke. Imidlertid kan dette høyenergisystemet forårsake alvorligere konsekvenser når varmeløp inntreffer.

Overladning og overoppvarming anses å være en av de hovedsaklige faktorene som fører til termisk løp i batterier, men vanligvis blir bare enkelte faktorprøver utført, og om det tennes eller eksploderer brukes som kriterium for bestått eller ikke bestått. I den faktiske termiske løpsituasjonen kan det tidligere være drevet av en enkelt faktor, men når prosessen med termisk løp utvikler seg, vil den gradvis evolvere til en situasjon der flere faktorer er koblet og drevet, gjør konsekvensene av termisk løp alvorligere. Det har praktisk betydning å studere koplesvingene ved lithiumferrofosfat-lithiumionbatterier under ulike misbrukstilstander. Overladning anses å være en viktig årsak til batteribranner. Den tidlige standarden for overladning av forbrukerbatterier var 3C/4.8V. Siden forbrukerbatterier vanligvis brukes alene og med fremtredningen av batteriteknologien, har termisk løp forårsaket av overladning blitt betydelig redusert, og de nåværende standardene har betydelig slappet på kravene til overladningsparametrene. Overoppvarmingsprøver simulerer vanligvis smeltingen av membranet eller nedbrytingen av fast elektrolyt grensesnitt (SEI)-filmen på en temperatur på 130°C eller 85°C.

Sikkerhetsproblemet med batterier er i utgangspunktet termiske egenskaper ved batterier. D.P. Kong og andre studerte termiske egenskaper ved litium-jernfosfat-litiumionbatterier etter lokal oppvarming på ulike posisjoner og fant at å oppvarme bunnen av batteriet er mer sannsynlig å forårsake termisk løp enn å oppvarme andre posisjoner. P.J. Liu og andre studerte effektene av to misbruksmetoder, overoppvarming og overladning, på termisk løp ved litium-jernfosfat-litiumionbatterier. Resultatene viste at i forhold til overoppvarming er risikoen for ild forårsaket av overladning høyere, og batteriet brenner mer voldsomt under testen. Termisk løp er også betydelig relatert til ladestatus (SOC) på batteriet. For eksempel fant P.J. Liu og andre at ved bruk av en oppvarmingsplate for å simulere prosessen med termisk løp utløst av misbruk av nabobatterier i modulen, var utløsningstemperaturen ved 50% SOC høyere enn ved 100% SOC-batterier. K. Wang og andre utførte en overladningstest på litium-jernfosfat-litiumionbatterier ved 0.5C, og registrerte at gassene som ble utsluppet under termisk løp hovedsakelig besto av hydrogen (H2), karbonmonoksid (CO) og karbondioksid (CO2), samt ulike alkanger.

Den store skalaen for seriel og parallelkobling av batterier øker mye sannsynligheten for risikoer ved overladning og underladning, fordi hvis et enkelt batteri har et problem, kan varmespredding føre til at hele batteripakken fanger i brann og eksploderer. Ikke bare det, men den oppstandne forbrennelige gassen blandet med luft kan også føre til en alvorligere eksplosjon.

For å forbedre batterienes sikkerhet i virkelige anvendelsesscenarier, er det nødvendig å forsterke batteriens tålmodighet mot flere former for misbruk, noe som blir et fokus for både akademisk og industriell oppmerksomhet.

I tillegg bør man unngå å lade batteriet etter at det er helt slitt tomt, noe som lett kan føre til irreversibel skade på batteriet.

Når litium-jern-fosfatbatteriet er fullt ladet, bør ladingen stoppes umiddelbart, ellers vil batteriet bli overladet, hvilket kan føre til kortere batterilevetid eller enda farlige situasjoner som kortslutninger.

Å bruke batteriet i et høytemperatursmiljø vil også påvirke dets ytelse.

Metoden for konstant strømavlassing refererer til å kontrollere størrelsen på avlassningsstrømmen slik at batteriet frigjør energi på en konstant rate. Den er egnet for rask avlassning av litium-jern-fosfatbatterier.