Σε αυτή την εργασία, η απόδοση υπερφόρτισης μιας μπαταρίας θήκης 40Ah με θετικό ηλεκτρόδιο NCM111+LMO μελετάται μέσω πειραμάτων και προσομοιώσεων.Τα ρεύματα υπερφόρτισης είναι 0,33C, 0,5C και 1C, αντίστοιχα.Το μέγεθος της μπαταρίας είναι 240 mm * 150 mm * 14 mm.(υπολογισμένη σύμφωνα με την ονομαστική τάση των 3,65 V, η ειδική ενέργεια του όγκου είναι περίπου 290 Wh/L, η οποία εξακολουθεί να είναι σχετικά χαμηλή)
Οι αλλαγές τάσης, θερμοκρασίας και εσωτερικής αντίστασης κατά τη διαδικασία υπερφόρτισης φαίνονται στην Εικόνα 1. Μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε τέσσερα στάδια:
Το πρώτο στάδιο: 1
Το δεύτερο στάδιο: 1.2
Το τρίτο στάδιο: 1.4
Το τέταρτο στάδιο: SOC>1,6, η εσωτερική πίεση της μπαταρίας υπερβαίνει το όριο, το περίβλημα σπάει, το διάφραγμα συρρικνώνεται και παραμορφώνεται και η μπαταρία θερμικά διαρρέει.Παρουσιάζεται βραχυκύκλωμα στο εσωτερικό της μπαταρίας, μεγάλη ποσότητα ενέργειας απελευθερώνεται γρήγορα και η θερμοκρασία της μπαταρίας αυξάνεται απότομα στους 780°C.
Η θερμότητα που παράγεται κατά τη διαδικασία υπερφόρτισης περιλαμβάνει: θερμότητα αναστρέψιμης εντροπίας, θερμότητα Joule, θερμότητα χημικής αντίδρασης και θερμότητα που απελευθερώνεται από εσωτερικό βραχυκύκλωμα.Η θερμότητα της χημικής αντίδρασης περιλαμβάνει τη θερμότητα που απελευθερώνεται από τη διάλυση του Mn, την αντίδραση του μετάλλου λιθίου με τον ηλεκτρολύτη, την οξείδωση του ηλεκτρολύτη, την αποσύνθεση του φιλμ SEI, την αποσύνθεση του αρνητικού ηλεκτροδίου και την αποσύνθεση του θετικού ηλεκτροδίου (NCM111 και LMO).Ο Πίνακας 1 δείχνει τη μεταβολή της ενθαλπίας και την ενέργεια ενεργοποίησης κάθε αντίδρασης.(Αυτό το άρθρο αγνοεί τις παρενέργειες των συνδετικών)
Η εικόνα 3 είναι μια σύγκριση του ρυθμού παραγωγής θερμότητας κατά την υπερφόρτιση με διαφορετικά ρεύματα φόρτισης.Τα ακόλουθα συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν από την εικόνα 3:
1) Καθώς το ρεύμα φόρτισης αυξάνεται, ο χρόνος θερμικής διαφυγής προχωρά.
2) Η παραγωγή θερμότητας κατά την υπερφόρτιση κυριαρχείται από θερμότητα Joule.SOC<1.2, η συνολική παραγωγή θερμότητας είναι βασικά ίση με θερμότητα Joule.
3) Στο δεύτερο στάδιο (1
4) SOC>1,45, η θερμότητα που απελευθερώνεται από την αντίδραση μετάλλου λιθίου και ηλεκτρολύτη θα ξεπεράσει τη θερμότητα Joule.
5) Όταν SOC>1,6, ξεκινά η αντίδραση αποσύνθεσης μεταξύ του φιλμ SEI και του αρνητικού ηλεκτροδίου, ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας της αντίδρασης οξείδωσης ηλεκτρολυτών αυξάνεται απότομα και ο συνολικός ρυθμός παραγωγής θερμότητας φτάνει στην τιμή κορυφής.(Οι περιγραφές στα 4 και 5 στη βιβλιογραφία είναι κάπως ασυνεπείς με τις εικόνες και οι εικόνες εδώ θα υπερισχύουν και έχουν προσαρμοστεί.)
6) Κατά τη διαδικασία υπερφόρτισης, η αντίδραση του μετάλλου λιθίου με τον ηλεκτρολύτη και η οξείδωση του ηλεκτρολύτη είναι οι κύριες αντιδράσεις.
Μέσω της παραπάνω ανάλυσης, το δυναμικό οξείδωσης του ηλεκτρολύτη, η χωρητικότητα του αρνητικού ηλεκτροδίου και η θερμοκρασία έναρξης της θερμικής διαφυγής είναι οι τρεις βασικές παράμετροι για την υπερφόρτιση.Η εικόνα 4 δείχνει την επίδραση τριών βασικών παραμέτρων στην απόδοση της υπερφόρτισης.Μπορεί να φανεί ότι η αύξηση του δυναμικού οξείδωσης του ηλεκτρολύτη μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση υπερφόρτισης της μπαταρίας, ενώ η χωρητικότητα του αρνητικού ηλεκτροδίου έχει μικρή επίδραση στην απόδοση υπερφόρτισης.(Με άλλα λόγια, ο ηλεκτρολύτης υψηλής τάσης συμβάλλει στη βελτίωση της απόδοσης υπερφόρτισης της μπαταρίας και η αύξηση του λόγου N/P έχει μικρή επίδραση στην απόδοση υπερφόρτισης της μπαταρίας.)
βιβλιογραφικές αναφορές
D. Ren et al.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-15-2022