锂电池过充机理与防过充措施有哪些？

来源：宝鄂实业 2019-11-04 07:50 点击量：次

锂电池过充时会产生热量和气体，热量包括欧姆热和副反应产生的热，其中欧姆热占主要。过充引发的电池副反应，首先是过量的锂嵌入负极，在负极表面会生长锂枝晶（N/P比会影响锂枝晶生长的起始SOC）。其次是过量的锂从正极脱出，引起正极结构坍塌，放出热量和释放出氧。氧气会加速电解液的分解，电池内压不断升高，一定程度后安全阀开启。活性物质和空气的接触会进一步产生更多的热量。

有研究表明减少电解液量会显著减少过充时的产热和产气。另有研究过充时电池不带夹板或安全阀不能正常开启，电池易发生爆炸。

轻微地过充不会导致热失控，但会引起容量衰减。研究发现NCM/LMO混合材料为正极的电池过充时，SOC低于120%容量没有明显的衰减，SOC高于130%时容量会衰减显著。

目前解决过充问题的方法大致有一下几种：

1）BMS中设置保护电压，通常保护电压要低于过充时的峰值电压；

2）通过材料改性（如材料包覆）提高电池的抗过充能力；

3）在电解液中添加抗过充添加剂，如氧化还原对；

4）电压敏感膜的使用，电池发生过充时，膜电阻显著降低，起到分流作用；

5）在方形铝壳电池中使用OSD、CID设计，目前是通用的防过充设计。而软包电池则无法实现类似设计。

锂电池过充大致可分为4个区域，每个区域的特征如下：

I区

1.电池电压缓慢上升。钴酸锂正极脱锂超过60%，在负极侧析出金属锂。

2.电池鼓胀，可能是由于电解液在正极侧高压氧化。