ความทนต่อการชาร์จเกินของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง

แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟทมีข้อดีหลายประการ เช่น ความหนาแน่นพลังงานสูง ความปลอดภัยสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง ต้นทุนต่ำ จำนวนรอบการใช้งานมาก และอายุการใช้งานยาวนาน ซึ่งถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในด้านยานพาหนะไฟฟ้าและระบบเก็บพลังงาน เพื่อตอบสนองต่อความต้องการในการใช้งานจริง มักจะเชื่อมต่อเซลล์เดี่ยวจำนวนมากแบบอนุกรมหรือขนานเพื่อสร้างเป็นแพ็คแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม ระบบพลังงานสูงนี้อาจทำให้เกิดผลกระทบที่ร้ายแรงมากขึ้นเมื่อเกิดการเผาไหม้ทางความร้อน

การชาร์จเกินและอุณหภูมิสูงเกินถือว่าเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่นำไปสู่ภาวะความร้อนล้นของแบตเตอรี่ แต่โดยทั่วไปจะทำการทดสอบเพียงปัจจัยเดียว และใช้ว่าจะเกิดไฟไหม้หรือระเบิดหรือไม่เป็นเกณฑ์ในการผ่านหรือล้มเหลว ในสถานการณ์จริงของการเกิดความร้อนล้นของแบตเตอรี่ อาจมีเพียงปัจจัยเดียวขับเคลื่อนในระยะแรก แต่เมื่อกระบวนการความร้อนล้นพัฒนาไป จะค่อย ๆ เปลี่ยนไปสู่สถานการณ์ที่หลายปัจจัยทำงานร่วมกันและขับเคลื่อน ส่งผลให้ผลกระทบของการเกิดความร้อนล้นรุนแรงมากขึ้น การศึกษาผลกระทบจากการทำงานร่วมกันของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตภายใต้สภาพการใช้งานที่ผิดปกติต่าง ๆ มีความสำคัญทางปฏิบัติ การชาร์จเกินถือว่าเป็นสาเหตุสำคัญของการเกิดไฟไหม้ของแบตเตอรี่ มาตรฐานการชาร์จเกินในช่วงแรกสำหรับแบตเตอรี่สำหรับผู้บริโภคคือ 3C/4.8V เนื่องจากแบตเตอรี่สำหรับผู้บริโภคโดยทั่วไปจะใช้งานแยกกัน และด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ การเกิดความร้อนล้นจากการชาร์จเกินได้ลดลงอย่างมาก และมาตรฐานปัจจุบันได้ผ่อนคลายข้อกำหนดเกี่ยวกับการชาร์จเกินอย่างเห็นได้ชัด การทดสอบความร้อนเกินปกติมักจำลองการละลายของเยื่อหุ้มหรือการแตกตัวของฟิล์มอินเทอร์เฟซอิเล็กโทรไลต์แข็ง (SEI) ที่อุณหภูมิ 130°C หรือ 85°C

ปัญหาด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่นั้นเป็นเรื่องของลักษณะทางความร้อนของแบตเตอรี่โดยพื้นฐาน D.P. Kong และคณะได้ศึกษาลักษณะทางความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดฟอสเฟตเหล็กหลังจากการให้ความร้อนเฉพาะที่ในตำแหน่งต่างๆ และพบว่าการให้ความร้อนที่ด้านล่างของแบตเตอรี่มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดภาวะความร้อนล้นมากกว่าการให้ความร้อนในตำแหน่งอื่น P.J. Liu และคณะได้ศึกษาผลกระทบของสองวิธีการใช้งานผิดพลาด คือ การให้ความร้อนเกินและชาร์จเกิน ต่อภาวะความร้อนล้นของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดฟอสเฟตเหล็ก ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว การชาร์จเกินมีความเสี่ยงในการเกิดไฟไหม้สูงกว่าการให้ความร้อนเกิน และแบตเตอรี่เผาไหม้อย่างรุนแรงมากขึ้นระหว่างการทดสอบ ภาวะความร้อนล้นยังมีความเกี่ยวข้องอย่างสำคัญกับระดับการชาร์จ (SOC) ของแบตเตอรี่ เช่น P.J. Liu และคณะใช้แผ่นทำความร้อนเพื่อจำลองกระบวนการความร้อนล้นที่เกิดจากแบตเตอรี่ใกล้เคียงกันในโมดูล และพบว่าอุณหภูมิที่กระตุ้นภาวะความร้อนล้นของแบตเตอรี่ที่ SOC 50% สูงกว่าแบตเตอรี่ที่ SOC 100% K. Wang และคณะได้ทำการทดสอบการชาร์จเกินที่อัตรา 0.5C กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดฟอสเฟตเหล็ก และตรวจพบว่าก๊าซที่ปล่อยออกมาจากภาวะความร้อนล้นของแบตเตอรี่ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจน (H2), คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) นอกจากนี้ยังมีแอลเคนหลายชนิด

การเชื่อมต่อแบตเตอรี่แบบอนุกรมและขนานในขนาดใหญ่จะเพิ่มความน่าจะเป็นของความเสี่ยงจากการชาร์จเกินและปล่อยประจุเกินอย่างมาก เพราะหากแบตเตอรี่ใดแบตเตอรี่หนึ่งมีปัญหา ความร้อนที่กระจายออกอาจทำให้แบตเตอรี่ทั้งหมดลุกไหม้และระเบิด นอกจากนี้ ก๊าซที่สามารถเผาไหม้ซึ่งผสมกับอากาศยังอาจทำให้เกิดการระเบิดที่รุนแรงขึ้น

เพื่อเพิ่มความปลอดภัยของแบตเตอรี่ในการใช้งานจริง จำเป็นต้องเสริมสร้างความสามารถของแบตเตอรี่ในการทนต่อการใช้งานที่ไม่เหมาะสมหลายรูปแบบ ซึ่งกำลังกลายเป็นจุดสนใจของภาควิชาการและอุตสาหกรรม

นอกจากนี้ เมื่อใช้งานแบตเตอรี่ควรหลีกเลี่ยงการชาร์จเมื่อแบตเตอรี่หมดสนิท เนื่องจากอาจทำให้เกิดความเสียหายที่ไม่สามารถแก้ไขได้แก่แบตเตอรี่

เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมฟอสเฟेटถูกชาร์จจนเต็มแล้ว ควรหยุดชาร์จทันที มิฉะนั้นแบตเตอรี่จะถูกชาร์จเกิน ซึ่งอาจทำให้ระยะเวลาการใช้งานของแบตเตอรี่สั้นลงหรือเกิดสถานการณ์อันตราย เช่น การสั้นวงจร

การใช้งานแบตเตอรี่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่เช่นกัน

วิธีการปล่อยประจุแบบกระแสคงที่หมายถึงการควบคุมขนาดของกระแสปล่อยเพื่อให้แบตเตอรี่ปล่อยพลังงานด้วยอัตราที่คงที่ เหมาะสำหรับการปล่อยประจุอย่างรวดเร็วของแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต