V tem prispevku je s poskusi in simulacijami proučena zmogljivost prenapolnjenosti 40Ah vrečke za baterijo s pozitivno elektrodo NCM111+LMO.Prenapolnjeni tokovi so 0,33C, 0,5C in 1C.Velikost baterije je 240 mm * 150 mm * 14 mm.(izračunano glede na nazivno napetost 3,65 V, njegova prostorninska specifična energija je približno 290 Wh/L, kar je še vedno relativno nizko)
Spremembe napetosti, temperature in notranjega upora med postopkom prenapolnjenosti so prikazane na sliki 1. Lahko ga grobo razdelimo na štiri stopnje:
Prva faza: 1
Druga stopnja: 1.2
Tretja stopnja: 1.4
Četrta stopnja: SOC>1,6, notranji tlak baterije preseže mejo, ohišje poči, diafragma se skrči in deformira, baterija pa toplotno uhaja.V notranjosti baterije pride do kratkega stika, hitro se sprosti velika količina energije in temperatura baterije se močno dvigne na 780°C.
Toplota, ki nastane med postopkom prekomernega polnjenja, vključuje: reverzibilno entropijsko toploto, Joulovo toploto, toploto kemične reakcije in toploto, ki se sprosti zaradi notranjega kratkega stika.Toplota kemijske reakcije vključuje toploto, ki se sprosti pri raztapljanju Mn, reakciji kovinskega litija z elektrolitom, oksidaciji elektrolita, razgradnji filma SEI, razgradnji negativne elektrode in razgradnji pozitivne elektrode. (NCM111 in LMO).Tabela 1 prikazuje spremembo entalpije in aktivacijsko energijo vsake reakcije.(Ta članek ne upošteva stranskih reakcij veziv)
Na sliki 3 je primerjava stopnje proizvodnje toplote med prekomernim polnjenjem z različnimi polnilnimi tokovi.Iz slike 3 lahko sklepamo naslednje:
1) Ko se polnilni tok poveča, se čas termičnega uhajanja podaljšuje.
2) Pri proizvodnji toplote med prekomernim polnjenjem prevladuje Joulova toplota.SOC<1,2, je skupna proizvodnja toplote v bistvu enaka Joulovi toploti.
3) V drugi fazi (1
4) SOC>1,45 bo toplota, sproščena pri reakciji kovinskega litija in elektrolita, presegla Joulovo toploto.
5) Ko je SOC>1,6, se začne reakcija razgradnje med filmom SEI in negativno elektrodo, stopnja proizvodnje toplote pri reakciji oksidacije elektrolita se močno poveča in skupna stopnja proizvodnje toplote doseže najvišjo vrednost.(Opisi v 4 in 5 v literaturi so nekoliko neskladni s slikami, zato bodo slike tukaj prevladale in so bile prilagojene.)
6) Med postopkom prekomernega polnjenja sta glavni reakciji reakcija kovinskega litija z elektrolitom in oksidacija elektrolita.
Z zgornjo analizo so oksidacijski potencial elektrolita, zmogljivost negativne elektrode in začetna temperatura toplotnega uhajanja trije ključni parametri za čezmerno polnjenje.Slika 4 prikazuje vpliv treh ključnih parametrov na zmogljivost preobremenitve.Vidimo lahko, da lahko povečanje oksidacijskega potenciala elektrolita močno izboljša zmogljivost prenapolnjenosti akumulatorja, medtem ko zmogljivost negativne elektrode malo vpliva na zmogljivost prenapolnjenosti.(Z drugimi besedami, visokonapetostni elektrolit pomaga izboljšati zmogljivost baterije pri preobremenitvi, povečanje razmerja N/P pa malo vpliva na zmogljivost baterije pri preobremenitvi.)
Reference
D. Ren et al.Journal of Power Sources 364 (2017) 328-340
Čas objave: 15. december 2022