Бақыланбайтын жылу дегеніміз не? Қауіпсіздігі жоғары литий-темір фосфатты иондық аккумулятордың термиялық бақылауы қалай?

Авторы: Iflowpower –Портативті электр станциясының жеткізушісі

2018 жылы бүкіл автокөлік нарығы 20 жылдан астам уақыт ішінде құлдырады. Жаңа энергетикалық көліктер әлі де 60% -дан астам өсті, автомобиль нарығында қара жылқылар тобына айналды. Жаңа энергетикалық көліктердің кең ауқымды танымал болуымен динамикалық литий батареяларының қауіпсіздігі жоғарырақ энергия тығыздығымен салыстырғанда, литий-ионды батареямен, литий темір фосфатты иондық батареямен салыстырғанда көбірек назар аударды. қауіпсіздік, содан кейін қауіпсіз литий-темір фосфат иондық аккумуляторды қалай тәжірибеден өткізуге болады? LFP материалында оливин құрылымы бар, біз мысал ретінде 18650 құрылымдық батареяны алатын тұрақты PO кілттерінің болуына байланысты LFP материалы жоғары тұрақтылыққа ие деп есептейміз.

Егер LFP материалы жылу шығынында жылу жоғалтуында пайдаланылуы мүмкін болса. 0,5 г O2, бірақ біз 3-ке дейін шығара алатын болсақ.

Термиялық бақылаудан тыс 25 г O2, аз O2 бөлінуі электролиттің жану реакциясы басылғанын, ал жылу аз бөлінетінін білдіреді. LFP батареяларының бақылауынан тыс жылу қарқындылығын басу. Тәжірибеде пайдаланылған батарея сыйымдылығы 1500 мАч болатын коммерциялық LFP18650 аккумуляторы болып табылады және LFP батареясының термиялық ығысу әрекеті (келесі суретте көрсетілгендей) тиісінше бөлек пайдаланылады және LFP батареясының SOC мәні 0%, 28 тиісінше %, 63.

%, 100% және 110% ARC (Үдемелі жылу) сынағы, ыстық бокс сынағы үшін SOC 100% бақылау. ARC сынағы литий-иондық батареялардың термиялық тұрақтылығының кең таралған әдісі болып табылады. Негізгі операция әдісін үш қадамға бөлуге болады.

Біріншіден, алдын ала белгіленген температураға дейін қыздыру, екінші қадам - ​​күту, үшінші қадам - ​​іздеу, яғни батарея белгілі бір температурада. өзін-өзі жариялады, егер батареяның жылыну жылдамдығы белгілі бір жылдамдыққа жетсе, бұл термостатты іске қосу. Мұнда автор Arc бастапқы температурасын 50 ¡ã C, соңғы температура 315 ¡ã C, ал температура 10 ¡ã C, 60 минут күтеді, егер батарея температура жылдамдығында болса. 0,02 ¡ã C / мин, температура батарея болып табылады.

Өздігінен қыздыруды бастау температурасы, егер батареяның температурасы 1 ¡ã C/мин жетсе, температура батареяның бақылауынан тыс термиялық болып табылады. Келесі A суреті 100% SOC батареясының ARC сынақ қисығы болып табылады, ол 100% SOC 100% SOC өзін-өзі қыздыруды бастау температурасын 95 ¡ã C құрайды, содан кейін батареяның температурасының көтерілу жылдамдығы 3,7-ге дейін өсті. 230°C температурада.

/ Мин, бірақ содан кейін батареяның орамасының температурасы төмендей бастайды және 280 ¡ã C жанында жаңа жоғары нүкте 1,6 ¡ã C / мин пайда болады. Келесі A суретін төрт аймаққа бөлуге болады, онда аймақ 1, 95-150 ¡ã C, батарея өзін-өзі қыздыра бастайды, бұл теріс электрод бетінің SEI пленкасына сәйкес келетін маңызды және теріс электрод-электролит реакциясымен, аймақта 3 Ортасында, 150-255 ¡ ã C, бұл кезеңдегі жылу теріс электрод-электролиттен, түйін-электрод-электролиттік ерітіндіден маңызды, онда электрод-электролиттің жылу бөлінуі әсер етеді.

4 (> 255 ¡ã C) аймағында осы кезеңнің ішкі жылуында жылудың пайда болуы электролит пен LFP ыдырауында болатын тотығу реакциясынан маңызды. Төмендегіден көрініп тұрғандай, B және C, 110% SOC және 63% SOC батареясының доғалық қисығының пішіні негізінен бірдей, бірақ батареяның SOC одан әрі 28% дейін төмендейді, Содан кейін болады аккумулятордың доғалық қисық пішінінде елеулі өзгерістер болуы (төмендегі D суретінде көрсетілгендей), өздігінен экзотермиялық қызудың басынан бастап 190 ¡ã C дейін батареяның температурасының көтерілу жылдамдығы әрқашан жоғарылайды, ал шыңы 190 ¡ã C шамасында жеткеннен кейін Falling басталады, содан кейін батареяның температура көтерілу жылдамдығы баяу басталады. Төменгі SoC күйінде LFP оң электроды тұрақтырақ және батареяның жылуы батареяның алдыңғы жағынан маңызды болғандықтан, батареяға сілтеме жасалады, ал батареяның жылуы оң электрод-электролиттен импортталады. температура 200 ¡ã асқаннан кейін.

Ыдырау реакциясы, бірақ бұл SOC астында оң электродтың тұрақтылығы салыстырмалы түрде жоғары болғандықтан, батареяның температура жылдамдығы да баяу. 0% SOC төмен LFP аккумуляторының Arc қисығының пішінін одан әрі өзгертуге болады және батареяның өздігінен қызуының басталу температурасы сызбада көрсетілгенін және температураның көтерілу жылдамдығының шыңы 190 ¡ ã C да жоғалып кетті. Ол төмен SOC кезінде батарея салыстырмалы түрде тұрақты күйде екенін көрсетті, теріс электрод толығымен сусызданды, сондықтан теріс электрод-электролит ыдырау реакциясының жылдамдығы да айтарлықтай төмендейді, ал қисық пішіні және 28% SOC температура 200 ¡ã асқаннан кейін.

Батарея негізінен бірдей және LFP оң ыдырауы арқылы шығарылатын O2 аз мөлшері электролиттің ыдырауына ықпал етеді, осылайша батареяның температурасының көтерілу жылдамдығы баяу артады. Келесі суретте батареяның максималды температура көтерілу жылдамдығын SOC ретінде көруге болатын ARC сынақ нәтижелеріне сәйкес өздігінен қызатын триггер температурасының температурасы, максималды температура көтерілу жылдамдығының температурасы және батареяның максималды температура жылдамдығы көрсетілген. аккумулятор суреттен жоғарылады. Сәйкес өсу, бұл маңызды, өйткені жоғарырақ SOC кезінде батареяда көбірек энергия сақталады, ал жоғары SOC сонымен қатар батареяның оң және теріс электродтарының тұрақтылығының да төмен екенін білдіреді және сақталған LI-ды сақтау маңызды. теріс электрод.

Көбірек, сондықтан теріс электрод пен байланыстырғыштың, электролиттің ыдырау реакциясы және т.б., осылайша литий-иондық аккумулятордың температурасының көтерілуін жеделдетеді. Максималды қыздыру жылдамдығы литий-иондық батареяның ішіндегі ішкі оң және теріс электродтың тұрақтылығын көрсете алатындықтан, температураның максималды көтерілу жылдамдығы литий-ионды батареяның бақылауынан тыс термиялық қаупін көрсете алады және келесі суретте бірнеше жалпы литий салыстырылады. иондық аккумулятордың оң электродтық жүйелері әртүрлі. SOC күйіндегі температураның максималды көтерілу жылдамдығы суреттен көрінеді, SOC күйінде LFP батареясының максималды температурасы батареяның басқа түріне қарағанда жоғары, бұл LFP батареямен салыстырғанда Батареялардың басқа түрлері қауіпсіздікте айтарлықтай артықшылықтарға ие.

Төмендегі суретте ыстық қораптың сынақындағы LFP батареясының бетінің температурасының өзгеру қисығы (тұтас сызық) және ыстық қораптың ішкі температурасы (нүкте сызығы) көрсетілген, батареяның температураның өзгеру қисығын төртке бөлуге болады. аймақтар, онда А аймағы ыстық резервуардағы батарея болып табылады. Температураның жоғарылауын қыздыру процесі, батареяның температурасы 95 ¡ã C төмен, батарея іске қосылмаған. B аймағы батарея бетінің температурасы үшін шамамен 180 ¡ã C-қа көтерілуін жалғастыруда.

Бұл кезең SEI мембранасы ыдырай бастайды, теріс-электролит және оң электрод-электролит ыдырау реакциялары басталады, аккумулятор өзін-өзі жылытудан басталады, батареяның температурасы жылдам Ыстық қораптың температурасынан асып кетті, соңғы батареяның қысымды төмендету клапаны шамадан тыс. C аймағынан батареяны босату клапанына батареяның термиялық бақылаудан шыққаннан кейін D аймағы батареяның қызуының соңы болып табылады, батареяның температурасы ақырында ыстық қораптың температурасына дейін қалпына келтіріледі. Батарея бетінің температура профилі арқылы алынған екі түрлі температурадағы ыстық резервуарларды салыстырсақ, 220 ¡ã C термостатындағы бақылаудан тыс термиялық температурадағы ең жоғары температура 180 ¡ã C жылу қорабындағы батареядан айтарлықтай жоғары, бұл қыздыру қорапшасын 220 ¡ã C.

Қосымша реакциялар батареяның термиялық бақылауынан тыс жерде орын алады, алдыңғы Arc талдауы LFP оң ыдырау реакциясы батареяның беті 210 ¡ã C жеткеннен кейін болатынын көрсетеді, ал электролиттің ыдырау реакциясы тек батарея бетінің температурасы 255 ¡ã-ден асады. 180 ¡ã C ыстық резервуар сынағының соңында батареяның жоғарғы температурасы 230 ¡ã C-ден төмен, сондықтан кем дегенде батарея ыдырау температурасына жеткен жоқ. электролит, ал LFP оң төмен температурада шығарылады, ол айтарлықтай төмендейді. Литий-иондық аккумулятордың жылу өндіру жылдамдығын төмендетіңіз, осылайша батарея температурасының көтерілуін басыңыз.

Peterj.BugryNIEC зерттеулері SOC LFP аккумуляторының термиялық ығысу әрекетіне айтарлықтай әсер ететінін көрсетеді. SOC аккумуляторының жаңа жылу жоғалтуы айтарлықтай өскендіктен, батареяның тұрақтылығы айтарлықтай төмендейді.

Термиялық бақылаудан шығудың нақты себебін талдауға қатысты 100% және 110% SOC күйінде анод-электролит және оң электрод-электролит реакциясы ретінде, бірақ төменгі SOC күйінде батареяның термиялық бақылаудан шығуының маңызды себебін көрсетеді. , батареяның термиялық бақылаудан тыс Маңызды триггер факторы теріс электрод-электролиттің ыдырау реакциясы болып табылады және SOC 28% -дан аз болғанда LFP термиялық тұрақтылығы айтарлықтай жақсарады және жылу шығыны болмайды. Ыстық қораптың сынағы ыстық резервуардың температурасы литий-ионды батареяның термиялық бақылаудан шығуына әкелуі мүмкін екенін көрсетеді, бұл маңызды, себебі ыстық қораптың жақсырақ температурасы электролиттің ыдырау реакциясын және ыдыраудың оң бөлінуін тудырады. О2 реакциясы, жарғанатты күшейтті.