Nhiệt độ pin lithium quá cao, hơn 45oC Pin lithium-ion ngày càng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống con người, khiến môi trường nhiệt độ của nó trở thành mối quan tâm chính, nói một cách tương đối, pin lithium dễ gây ra vấn đề an toàn hơn Do đó, trong môi trường nhiệt độ cao, cần phải kiểm tra hiệu suất nhiệt độ cao của pin lithium và so sánh với dữ liệu kiểm tra nhiệt độ thông thường của nó. Khi pin lithium-ion bị lạm dụng hoặc sử dụng sai mục đích, chẳng hạn như sử dụng ở nhiệt độ cao hoặc lỗi điều khiển bộ sạc, nó có thể gây ra phản ứng hóa học dữ dội bên trong pin, tạo ra nhiều nhiệt nếu nhiệt tiêu tan quá muộn và tích tụ nhanh chóng bên trong pin, pin có thể bị rò rỉ, thoát hơi, bốc khói và các hiện tượng khác, gây cháy và nổ pin nghiêm trọng.

Các phản ứng hóa học xảy ra trong pin ở nhiệt độ cao chủ yếu bao gồm:

(1) Sự phân hủy của màng SEI: Màng bảo vệ có tính di động, sự phân hủy và giải phóng nhiệt xảy ra ở 90-120 ° C.
(2) Phản ứng của lithium nhúng và chất điện phân: trên 120 ° C, màng không thể cắt đứt tiếp xúc giữa điện cực âm và chất điện phân, và lithium được nhúng trong điện cực âm và phản ứng tỏa nhiệt của chất điện phân xảy ra.
(3) Phân hủy chất điện phân: quá trình phân hủy xảy ra ở nhiệt độ cao hơn 200°C và tỏa nhiệt.
(4) Phân hủy vật liệu hoạt động dương: ở trạng thái oxy hóa, vật liệu dương sẽ phân hủy tỏa nhiệt và giải phóng oxy, phản ứng tỏa nhiệt với chất điện phân, hoặc vật liệu dương sẽ phản ứng trực tiếp với chất điện phân.
(5) phản ứng tỏa nhiệt giữa chất kết dính lithium và florua nhúng.
Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến hiệu suất của pin hình trụ 2Ah (vật liệu điện cực dương NCM, sử dụng chất kết dính PVdF, carbon vật liệu điện cực âm, sử dụng chất kết dính CMC/SBR) đã được nghiên cứu và so sánh các điều kiện của hai pin ở nhiệt độ cao khác nhau :
Pin B2 - chu kỳ đầu tiên 2 lần ở 60 ° C, sau đó chu kỳ ở 85 ° C

Pin B3 - chu kỳ đầu tiên 2 lần ở 60 ° C, sau đó chu kỳ ở 120 ° C

Như có thể thấy trong Hình 4, sau 26 chu kỳ ở 85oC, mức giảm dung lượng của pin B2 là khoảng 7,5% và trở kháng của pin tăng 100%. Sau 25 chu kỳ ở 120°C, pin B3 mất khoảng 22% dung lượng và tăng trở kháng của pin lên tới 1115%.

Mô hình trong Hình 5 minh họa sự thay đổi của điện cực dương của pin ở nhiệt độ cao 120oC. Ở 120oC, Một phần chất kết dính dương PVdF di chuyển từ vùng Phần 1 sang bề mặt của điện cực dương, khiến hàm lượng chất kết dính trong vùng Phần 1 giảm và vật liệu hoạt động NMC làm giảm khả năng phản ứng điện hóa do đến việc thiếu chất kết dính. Ở vùng Phần 2, bộ phận này là phần chính của điện cực dương, hàm lượng chất kết dính bình thường, nhiệt độ cao ít ảnh hưởng và vật liệu hoạt động có thể phản ứng bình thường.

Có thể thấy ảnh hưởng của nhiệt độ cao lên điện cực âm bằng cách phân tích bề mặt điện cực âm (Hình 6). QUẢ SUNG. Hình 6a cho thấy trạng thái ban đầu của điện cực âm. Sau khi đạp xe ở 85oC, các pha điện phân rắn thông thường xuất hiện trên bề mặt điện cực âm (Hình 6b, bề mặt của điện cực âm được bao phủ bởi các chất mới tạo ra, dẫn đến một số chất hình cầu nhỏ khác với hình thái ban đầu. SEI: Chất rắn Giao diện điện phân). Khi nhiệt độ tăng lên 120°C, nhiều SEI được tạo ra hơn (Hình 6c, bề mặt âm được bao phủ bởi nhiều hạt hơn) và tiêu thụ nhiều ion lithium hoạt động hơn, dẫn đến công suất giảm.

QUẢ SUNG. 6 Sự thay đổi hình thái của bề mặt điện cực âm

Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến tuổi thọ pin Nhiệt
độ làm việc quá cao: một mặt, chất điện phân khử cực dương ở điện thế thấp trong thời gian dài gây mất các ion lithium hoạt động, dẫn đến hiệu suất điện hóa giảm; Mặt khác, nhiệt độ cao dẫn đến sự gia tăng phản ứng phụ của chất điện phân khử cực dương và các sản phẩm vô cơ của phản ứng lắng đọng trên bề mặt cực dương, cản trở quá trình khử ion lithium và đẩy nhanh quá trình lão hóa của pin . Ở nhiệt độ cao, phản ứng phụ của pin tăng lên, chẳng hạn như màng SEI trên bề mặt điện cực âm sẽ bị phân hủy, vỡ hoặc hòa tan, v.v., dẫn đến việc tiêu thụ liên tục các ion lithium trong chu kỳ ở nhiệt độ cao, và công suất giảm nhanh.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi nhiệt độ hoạt động của pin vượt quá 40°C, tuổi thọ của pin sẽ giảm đi một nửa cứ sau mỗi lần tăng 10°C. Bộ pin được sắp xếp chặt chẽ trong ngăn chứa pin của xe năng lượng mới và sự tích tụ nhiệt do pin đơn tạo ra gây ra sự chênh lệch nhiệt độ bên trong bộ pin, dẫn đến tốc độ suy giảm khác nhau của pin đơn, phá hủy nhận dạng của pin đóng gói và giảm hiệu suất của bộ pin.
Nhiệt độ của pin có mối tương quan thuận với dòng sạc và dòng xả. Khi thực hiện sạc và xả dòng điện nhỏ, nhiệt độ cao nhất của bộ pin nằm ở vị trí không dễ xảy ra quá trình trao đổi nhiệt với thế giới bên ngoài; khi việc sạc và xả dòng điện lớn hoặc thiết kế cấu trúc của tai cực không hợp lý thì nhiệt độ cao nhất của bộ pin nằm ở tai cực.
Do đó, việc thiết kế hợp lý hệ thống làm mát pin theo đặc điểm của nguồn điện và môi trường làm việc không chỉ có thể cải thiện hiệu suất bền bỉ của xe mà còn cải thiện độ an toàn và độ tin cậy của xe.