A temperatura da bateria de lítio é muito alta, mais de 45 ℃ As baterias de íon de lítio são cada vez mais utilizadas na produção e na vida das pessoas, o que faz com que sua temperatura ambiente se torne o principal ponto de preocupação, relativamente falando, as baterias de lítio são mais fáceis de produzir problemas de segurança em ambiente de alta temperatura, portanto, é necessário testar o desempenho em alta temperatura das baterias de lítio e compará-lo com seus dados de teste de temperatura normal. Quando a bateria de íon de lítio é abusada ou mal utilizada, como o uso em alta temperatura ou falha no controle do carregador, pode causar uma reação química violenta dentro da bateria, produzindo muito calor, se o calor for tarde demais para se dissipar e acumular-se rapidamente dentro da bateria, a bateria pode vazar, liberar fumaça e outros fenômenos, queima grave da bateria e explosão.
As reações químicas que ocorrem em baterias a altas temperaturas incluem principalmente:
(1) Decomposição do filme SEI: A película protetora é metaestável, e a decomposição e liberação de calor ocorrem a 90-120 ° C.
(2) A reação do lítio e do eletrólito incorporados: acima de 120 ° C, a membrana não pode cortar o contato entre o eletrodo negativo e o eletrólito, e o lítio embutido no eletrodo negativo e a reação exotérmica do eletrólito ocorre.
(3) Decomposição do eletrólito: a decomposição ocorre a temperaturas superiores a 200 ° C e liberação de calor.
(4) Decomposição do material ativo positivo: no estado de oxidação, o material positivo sofrerá decomposição exotérmica e liberará oxigênio, o que causará reação exotérmica com o eletrólito, ou o material positivo reagirá diretamente com o eletrólito.
(5) reação exotérmica entre lítio incorporado e aglutinante de flúor.
O efeito da alta temperatura no desempenho da bateria cilíndrica de 2Ah (material de eletrodo positivo NCM, usando ligante PVdF, material de eletrodo negativo carbono, usando ligante CMC/SBR) foi estudado, e as condições das duas baterias em diferentes altas temperaturas foram comparadas :
Bateria B2 - primeiro ciclo 2 vezes a 60°C, depois ciclo a 85°C
Bateria B3 - primeiro ciclo 2 vezes a 60°C, depois ciclo a 120°C
Como pode ser visto na Figura 4, após 26 ciclos a 85°C, a perda de capacidade da bateria B2 é de cerca de 7,5% e a impedância da bateria aumenta em 100%. Após 25 ciclos a 120°C, a bateria B3 perde cerca de 22% de sua capacidade e aumenta a impedância da bateria em até 1115%.
Figura 4 Curva de ciclo e curva de aumento de impedância das baterias B2 e B3 em alta temperatura
O modelo mostrado na Figura 5 ilustra as mudanças do eletrodo positivo da bateria em alta temperatura de 120°C. A 120 ℃, parte do ligante positivo PVdF migrou da região da Parte 1 para a superfície do eletrodo positivo, o que fez com que o conteúdo do ligante na região da Parte 1 diminuísse, e o material NMC do material ativo diminuiu a capacidade de reação eletroquímica devido à falta de aglutinante. Na região da Parte 2, esta parte é o corpo principal do eletrodo positivo, o conteúdo do ligante é normal, a alta temperatura tem pouco efeito e o material ativo pode reagir normalmente.
O efeito da alta temperatura no eletrodo negativo pode ser observado analisando a superfície do eletrodo negativo (Figura 6). FIGO. 6a mostra o estado inicial do eletrodo negativo. Após o ciclo a 85°C, fases eletrolíticas sólidas comuns aparecem na superfície do eletrodo negativo (FIG. 6b, a superfície do eletrodo negativo é coberta por substâncias recém-geradas, resultando em algumas pequenas substâncias esféricas diferentes da morfologia inicial. SEI: Sólido Interface eletrolítica). Quando a temperatura sobe para 120°C, mais SEI é gerado (Figura 6c, a superfície negativa é coberta com mais partículas) e mais íons de lítio ativos são consumidos, resultando em uma diminuição na capacidade.
FIGO. 6 Alterações morfológicas da superfície negativa do eletrodo
O efeito da alta temperatura na vida útil da bateria
A temperatura de trabalho é muito alta: por um lado, o eletrólito de redução anódica em baixo potencial por muito tempo causa a perda de íons de lítio ativos, resultando no declínio do desempenho eletroquímico; Por outro lado, a alta temperatura leva a um aumento na reação colateral do eletrólito de redução anódica, e os produtos inorgânicos da reação são depositados na superfície anódica, o que dificulta a remoção de íons de lítio e acelera o envelhecimento da bateria . Em altas temperaturas, a reação colateral da bateria aumenta, como o filme SEI na superfície do eletrodo negativo se decompõe, quebra ou dissolve, etc., o que leva ao consumo contínuo de íons de lítio durante o ciclo em altas temperaturas, e a capacidade diminui rapidamente.
Estudos demonstraram que quando a temperatura operacional da bateria excede 40°C, o ciclo de vida da bateria será reduzido pela metade para cada aumento de 10°C. A bateria está disposta de perto no compartimento da bateria do veículo de nova energia, e o acúmulo de calor gerado pela bateria única causa a diferença de temperatura dentro da bateria, resultando em diferentes taxas de atenuação da bateria única, destruindo a identidade da bateria bateria e reduzindo o desempenho da bateria.
A temperatura da bateria está positivamente correlacionada com a corrente de carga e descarga. Quando a carga e a descarga de uma pequena corrente são realizadas, a temperatura mais alta da bateria fica na posição onde a troca de calor não é fácil de ocorrer com o mundo exterior; quando a carga e descarga de uma grande corrente ou o design da estrutura da orelha polar não são razoáveis, a temperatura mais alta da bateria está na orelha polar.
Portanto, o projeto racional do sistema de refrigeração da bateria de acordo com as características da bateria e do ambiente de trabalho pode não apenas melhorar o desempenho de resistência do veículo, mas também melhorar a segurança e a confiabilidade do veículo.
