Толерантність до перезарядки батарей з фосфату желяза-літію у високотемпературному середовищі

Батареї з фосфату желяза та літію мають переваги, такі як висока енергетична щільність, висока безпека, стійкість до високих температур, низька вартість, багато циклів та довгий термін служби, і широко використовуються у галузі електромобілів та енергозберігання. Щоб задовольнити практичні потреби застосування, велика кількість окремих елементів зазвичай під'єднується послідовно або паралельно для формування батарейного блоку. Проте ця система високої енергії може призвести до більш сerйозних наслідків, коли відбувається тепловий розбіг.

Перезарядка та перегрівання вважаються одним із головних факторів, що призводять до термічного виходу батареї за межі стабільності, але зазвичай проводиться лише тест на одиничний фактор, а критерієм успішного проходження є визначення, чи загориться чи взорветься батарея. У реальному сценарії термічного виходу батареї за межі стабільності на початковому етапі може домінувати один фактор, але з розвитком процесу термічного виходу він поступово перетворюється на ситуацію, де декілька факторів взаємодіють та спричиняють одне одного, роблячи наслідки термічного виходу більш серйозними. Дослідження зв'язку ефектів у літій-железно-фосфатних літій-іонних батареях під різними умовами зловживання має практичне значення. Перезарядка вважається важливою причиною пожеж батарей. Раніше стандарт перезарядки для споживчих батарей становив 3C/4.8V. Оскільки споживчі батареї зазвичай використовуються окремо, а також завдяки прогресу технологій батарей, термічний вихід через перезарядку значно зменшився, і поточні стандарти значно ослабили параметричні вимоги для перезарядки. Тести на перегрівання зазвичай симулюють розплавлення діафрагми або розклад солідного електроліту інтерфейсної (SEI) фільму при температурі 130°C або 85°C.

Проблема безпеки акумуляторів зводиться до термічних характеристик самих акумуляторів. Д.П. Конг і співробітники дослідили термічні характеристики литієвих іонних акумуляторів з фосфатом желяза після місцевого нагріву в різних позиціях і виявили, що нагрівання дна акумулятора більш ймовірно призведе до термічного збігу, ніж нагрівання інших позицій. П.ДЖ. Лю і співробітники дослідили вплив двох методів використання з пошкодженням: перенагріvanня та перезарядку, на термічний збіг литієвих іонних акумуляторів з фосфатом желяза. Результати показали, що порівнюючи з перенагріvanням, ризик вогню через перезарядку є вищим, і акумулятор горить більш інтенсивно під час тестування. Термічний збіг також значно пов'язаний з станом зарядки (SOC) акумулятора. Наприклад, П.ДЖ. Лю і співробітники використали гріючу пластину для симуляції процесу термічного збігу, який викликаний використанням суміжних акумуляторів у модулі, і виявили, що температура виклику при 50% SOC вища за температуру виклику при 100% SOC акумуляторів. К. Ванг і співробітники провели тест перезарядки литієвих іонних акумуляторів з фосфатом желяза при 0.5C і зафіксували, що гази, що викидаються під час термічного збігу акумулятора, головним чином складаються з водню (H2), оксиду вуглецю (CO) і двоксиду вуглецю (CO2), а також різних алканів.

Масштабне паралельне та послідовне підключення батарей значно збільшує ймовірність ризиків перезарядки і перерозрядки, оскільки якщо виникає проблема з батареєю, поширення тепла може призвести до того, що весь блок батарей загориться і вибухне. Крім того, утворений вогнеприймкий газ, змішаний з повітрям, також може призвести до більш сerйозного вибуху.

Щоб покращити безпеку батарей у реальних умовах застосування, необхідно підвищити їхньу толерантність до різних видів неправильного використання, що стає фокусом уваги як академічного, так і промислового світу.

Крім того, при використанні батареї слід уникати її зарядження після повного вичерпання енергії, що легко може призвести до навікових пошкоджень.

Після повного заряду батареї з фосфату літію зарядку слід зупиняти негайно, інакше батарея буде перезаряджена, що призведе до скорочення терміну її служби або навіть до небезпечних ситуацій, таких як коротке замикання.

Використання батареї у середовищі високої температури також буде впливати на її продуктивність.

Метод постійного струму розряду полягає у контролю розміру струму розряду, щоб батарея вивільняла енергію з постійною швидкістю. Він підходить для швидкого розряду батарей з литієво-железно-фосфатного катоду.