La temperatura della batteria al litio è troppo alta, più di 45 ℃ Le batterie agli ioni di litio sono sempre più ampiamente utilizzate nella produzione e nella vita delle persone, il che rende la temperatura dell'ambiente il principale punto di preoccupazione, relativamente parlando, le batterie al litio sono più facili da produrre problemi di sicurezza in un ambiente ad alta temperatura, pertanto, è necessario testare le prestazioni ad alta temperatura delle batterie al litio e confrontarle con i normali dati di test della temperatura. Quando la batteria agli ioni di litio viene utilizzata in modo improprio o improprio, ad esempio durante l'uso ad alta temperatura o in caso di guasto del controllo del caricabatterie, potrebbe causare una reazione chimica violenta all'interno della batteria, producendo molto calore, se il calore è troppo tardi per dissiparsi e si accumulano rapidamente all'interno della batteria, la batteria potrebbe presentare perdite, sfoghi, fumo e altri fenomeni, gravi bruciature ed esplosioni.
Le reazioni chimiche che avvengono nelle batterie ad alte temperature includono principalmente:
(1) Decomposizione del film SEI: il film protettivo è metastabile e la decomposizione e il rilascio di calore avvengono a 90-120 ° C.
(2) La reazione del litio incorporato e dell'elettrolita: sopra i 120 ° C, la membrana non può tagliare il si verifica il contatto tra l'elettrodo negativo e l'elettrolita e il litio incorporato nell'elettrodo negativo e la reazione esotermica dell'elettrolita.
(3) Decomposizione dell'elettrolita: la decomposizione avviene a temperature superiori a 200 ° C e rilascio di calore.
(4) Decomposizione del materiale attivo positivo: nello stato di ossidazione, il materiale positivo si decomporrà esotermica e rilascerà ossigeno, che reagirà esotermica con l'elettrolita, oppure il materiale positivo reagirà direttamente con l'elettrolita.
(5) reazione esotermica tra litio incorporato e legante fluoruro.
È stato studiato l'effetto dell'alta temperatura sulle prestazioni della batteria cilindrica da 2 Ah (materiale dell'elettrodo positivo NCM, utilizzando legante PVdF, materiale dell'elettrodo negativo carbonio, utilizzando legante CMC/SBR) e sono state confrontate le condizioni delle due batterie a diverse temperature elevate :
Batteria B2 - primo ciclo 2 volte a 60°C, poi ciclo a 85°C
Batteria B3: primo ciclo 2 volte a 60°C, poi ciclo a 120°C
Come si può vedere dalla Figura 4, dopo 26 cicli a 85℃, la perdita di capacità della batteria B2 è di circa il 7,5% e l'impedenza della batteria aumenta del 100%. Dopo 25 cicli a 120°C, la batteria B3 perde circa il 22% della sua capacità e aumenta l'impedenza della batteria fino al 1115%.
Figura 4 Curva del ciclo e curva di aumento dell'impedenza delle batterie B2 e B3 ad alta temperatura
Il modello mostrato nella Figura 5 illustra i cambiamenti dell'elettrodo positivo della batteria ad una temperatura elevata di 120℃. A 120 ℃, parte del legante positivo PVdF è migrato dalla regione della Parte 1 alla superficie dell'elettrodo positivo, causando la diminuzione del contenuto di legante nella regione della Parte 1 e il materiale attivo NMC ha ridotto la capacità di reazione elettrochimica a causa alla mancanza di legante. Nella regione della Parte 2, questa parte è il corpo principale dell'elettrodo positivo, il contenuto del legante è normale, l'alta temperatura ha poco effetto e il materiale attivo può reagire normalmente.
L'effetto dell'alta temperatura sull'elettrodo negativo può essere visto analizzando la superficie dell'elettrodo negativo (Figura 6). FICO. 6a mostra lo stato iniziale dell'elettrodo negativo. Dopo il ciclo a 85 ℃, sulla superficie dell'elettrodo negativo compaiono fasi elettrolitiche solide comuni (FIG. 6b, la superficie dell'elettrodo negativo è coperta da sostanze appena generate, risultando in alcune piccole sostanze sferiche diverse dalla morfologia iniziale. SEI: Solido Interfaccia elettrolitica). Quando la temperatura aumenta a 120 ° C, viene generato più SEI (Figura 6c, la superficie negativa è ricoperta da più particelle) e vengono consumati più ioni di litio attivi, con conseguente diminuzione della capacità.
FICO. 6 Cambiamenti morfologici della superficie dell'elettrodo negativo
L'effetto dell'alta temperatura sulla durata della batteria
La temperatura di lavoro è troppo alta: da un lato, l'elettrolita di riduzione dell'anodo a basso potenziale per lungo tempo provoca la perdita di ioni di litio attivi, con conseguente calo delle prestazioni elettrochimiche; D'altra parte, l'alta temperatura porta ad un aumento della reazione laterale dell'elettrolita di riduzione dell'anodo e i prodotti inorganici della reazione si depositano sulla superficie dell'anodo, il che ostacola il deimpinging degli ioni di litio e accelera l'invecchiamento della batteria . A temperature elevate, la reazione laterale della batteria aumenta, ad esempio la pellicola SEI sulla superficie dell'elettrodo negativo si decompone, si rompe o si dissolve, ecc., il che porta al consumo continuo di ioni di litio durante il ciclo ad alte temperature, e la capacità diminuisce rapidamente.
Gli studi hanno dimostrato che quando la temperatura operativa della batteria supera i 40°C, la durata del ciclo della batteria verrà dimezzata per ogni aumento di 10°C. Il pacco batteria è disposto strettamente nel vano batteria del nuovo veicolo energetico e l'accumulo di calore generato dalla singola batteria provoca la differenza di temperatura all'interno del pacco batteria, con conseguenti diversi tassi di attenuazione della singola batteria, distruggendo l'identità della batteria pacco batteria e riducendone le prestazioni.
La temperatura della batteria è correlata positivamente alla corrente di carica e scarica. Quando vengono effettuate la carica e la scarica di una piccola corrente, la temperatura più alta del pacco batteria è nella posizione in cui non è facile che avvenga lo scambio di calore con il mondo esterno; quando la carica e la scarica di una corrente elevata o il design della struttura dell'orecchio polare non sono ragionevoli, la temperatura più alta del pacco batteria si trova nell'orecchio polare.
Pertanto, la progettazione razionale del sistema di raffreddamento della batteria in base alle caratteristiche della batteria e all'ambiente di lavoro può non solo migliorare le prestazioni di resistenza del veicolo, ma anche migliorare la sicurezza e l'affidabilità del veicolo.
