Tolerancija preopterećenja litijum fosfatnih baterija u visokotemperaturnom okruženju

Litijum fosfat olovnih baterija poseduju prednosti kao što su velika gustina energije, visoka sigurnost, otpornost na visoke temperature, niska cena, mnogo ciklusa i dug životni vek, i široko se koriste u oblastima električnih vozila i čuvanja energije. Da bi se ispunile stvarne primenе potrebe, obično se veliki broj jedinki povezuje serijalno ili paralelno da bi se formirao baterijski paket. Međutim, ovaj sistem visoke energije je verovatno da uzrokuje ozbiljnije posledice kada dođe do termodinamičkog pobegstva.

Preopterećivanje i pretopljenje se smatraju jednim od glavnih činilaca koji vode do termodinamičkog izbjegavanja baterije, ali obično se vrši samo test za jedan činilac, a da li će izbucati ili eksplodirati koristi se kao kriterijum za prolaz ili neuspeh. U stvarnom scenariju termodinamičkog izbjegavanja baterije, na početku može biti uzrokovano jednim činilcem, ali kako se proces termodinamičkog izbjegavanja razvija, postepeno će evoluirati u situaciju gde su više činilaca povezani i uzrokujući, što šteti od termodinamičkog izbjegavanja ozbiljnije. Istraživanje kopliranja efekata litij-fosfat litij-ioničkih baterija u različitim prigodnim uslovima ima praktičnu važnost. Preopterećivanje se smatra važnim uzrokonom požara baterija. Raniji standard preopterećivanja za potrošačke baterije je bio 3C/4.8V. Budući da se potrošačke baterije obično koriste posebno i sa napredovanjem tehnologije baterija, termodinamičko izbjegavanje uzrokovano preopterećivanjem je značajno smanjeno, a trenutni standardi su znatno oslabili parametarske zahteve za preopterećivanje. Testovi pretopljenja obično simuliraju taljanje membrana ili dekompoziciju čvrstog elektrolitskog sučelja (SEI) filma na temperaturi od 130°C ili 85°C.

Problem bezbednosti baterija je u suštini termodinamička svojstva baterija. D.P. Kong i saradnici su proučavali termodinamička svojstva litijum-fosfat-željezne litijum-baterija nakon lokalnog zagrevanja na različitim pozicijama i utvrdili su da je zagrevanje dna baterije verovatnije da uzrokuje termičko odbojanje nego zagrevanje drugih pozicija. P.J. Liu i saradnici su proučavali uticaje dve metode zloupotrebe, prezagrevanje i prenapajanje, na termičko odbojanje litijum-fosfat-željezne litijum-baterija. Rezultati su pokazali da je, u poređenju sa prezagrevanjem, rizik požara uzrokan prenapajanjem veći, a baterija se sileće više tijekom testiranja. Terminičko odbojanje je takođe značajno povezano sa stanjem napune (SOC) baterije. Na primer, P.J. Liu i saradnici su koristili grejanu ploču kako bi simulirali proces termičkog odbojanja izazvan zloupotrebljenim susjednim baterijama u modulu i utvrdili su da je izazivačka temperatura za 50% SOC viša od temperature za 100% SOC baterija. K. Wang i saradnici su provedeni test prenapajanja litijum-fosfat-željezne litijum-baterija na 0.5C, i utvrdili su da su plinovi koji se emituju tijekom termičkog odbojanja uglavnom vodonik (H2), ugljični monoksid (CO) i ugljični dioksid (CO2), kao i razni alkani.

Masovna serija i paralelna veza baterija znatno povećava verovatnoću rizika preopterećenja i preslađivanja, jer ako jedna baterija ima problem, širenje toplote može uzrokovati da se cijeli paket baterija izgori i eksplodira. Takođe, generisani vodenik koji se meša sa zrakom može uzrokovati još ozbiljniju eksploziju.

Da bi se poboljšala sigurnost baterija u stvarnim primarnim scenarijima, potrebno je pojačati toleranciju baterije prema više vrsta zloupotreba, što postaje fokus pažnje akademske i industrijske zajednice.

Takođe, prilikom korišćenja baterije, treba izbezavati punjenje nakon što je potpuno ispuštena, što lako može uzrokovati neobratljive oštećenja baterije.

Kada je fosfor-litijumska baterija potpuno napunjena, napajanje treba odmah zaustaviti, jer će se inače desiti preopterećenje baterije, što može dovesti do skraćivanja životnog veka baterije ili čak opasnih situacija kao što su kratkoprivremeni spojevi.

Korišćenje baterije u visokotemperaturnom okruženju će takođe uticati na njenu performansu.

Metod konstantnog trenutnog otpuštanja se odnosi na kontrolu veličine otpuštajnog trenutka tako da baterija oslobađa energiju konstantnim tempom. Odgovara za brzo otpuštanje baterija od litij-fosfata.