În această lucrare, performanța la supraîncărcare a unei baterii husă de 40Ah cu electrod pozitiv NCM111+LMO este studiată prin experimente și simulări.Curenții de supraîncărcare sunt 0,33C, 0,5C și, respectiv, 1C.Dimensiunea bateriei este de 240 mm * 150 mm * 14 mm.(calculat în funcție de tensiunea nominală de 3,65 V, volumul său de energie specifică este de aproximativ 290Wh/L, care este încă relativ scăzut)
Modificările de tensiune, temperatură și rezistență internă în timpul procesului de supraîncărcare sunt prezentate în imaginea 1. Poate fi împărțit aproximativ în patru etape:
Prima etapă: 1
A doua etapă: 1.2
A treia etapă: 1.4
A patra etapă: SOC>1.6, presiunea internă a bateriei depășește limita, carcasa se rupe, diafragma se micșorează și se deformează și evadarea termică a bateriei.În interiorul bateriei are loc un scurtcircuit, o cantitate mare de energie este eliberată rapid, iar temperatura bateriei crește brusc la 780°C.
Căldura generată în timpul procesului de supraîncărcare include: căldură de entropie reversibilă, căldură Joule, căldură de reacție chimică și căldură eliberată prin scurtcircuit intern.Căldura de reacție chimică include căldura eliberată prin dizolvarea Mn, reacția metalului litiului cu electrolitul, oxidarea electrolitului, descompunerea filmului SEI, descompunerea electrodului negativ și descompunerea electrodului pozitiv. (NCM111 și LMO).Tabelul 1 prezintă modificarea entalpiei și energia de activare a fiecărei reacții.(Acest articol ignoră reacțiile secundare ale lianților)
Imaginea 3 este o comparație a ratei de generare a căldurii în timpul supraîncărcării cu diferiți curenți de încărcare.Din imaginea 3 se pot trage următoarele concluzii:
1) Pe măsură ce curentul de încărcare crește, timpul de evaporare termică avansează.
2) Producția de căldură în timpul supraîncărcării este dominată de căldura Joule.SOC<1,2, producția totală de căldură este practic egală cu căldura Joule.
3) În a doua etapă (1
4) SOC>1,45, căldura eliberată prin reacția metalului litiu și electrolit va depăși căldura Joule.
5) Când SOC> 1,6, începe reacția de descompunere dintre filmul SEI și electrodul negativ, viteza de producție de căldură a reacției de oxidare a electrolitului crește brusc, iar rata totală de producție de căldură atinge valoarea de vârf.(Descrierile din 4 și 5 din literatură sunt oarecum incompatibile cu imaginile, iar imaginile de aici vor prevala și au fost ajustate.)
6) În timpul procesului de supraîncărcare, reacția litiului metalic cu electrolitul și oxidarea electrolitului sunt reacțiile principale.
Prin analiza de mai sus, potențialul de oxidare al electrolitului, capacitatea electrodului negativ și temperatura de debut a evaporării termice sunt cei trei parametri cheie pentru supraîncărcare.Imaginea 4 arată impactul a trei parametri cheie asupra performanței la supraîncărcare.Se poate observa că creșterea potențialului de oxidare al electrolitului poate îmbunătăți foarte mult performanța la supraîncărcare a bateriei, în timp ce capacitatea electrodului negativ are un efect redus asupra performanței la supraîncărcare.(Cu alte cuvinte, electrolitul de înaltă tensiune ajută la îmbunătățirea performanței la supraîncărcare a bateriei, iar creșterea raportului N/P are un efect redus asupra performanței la supraîncărcare a bateriei.)
Referințe
D. Ren şi colab.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Ora postării: 15-12-2022