I denne artikkelen studeres overladingsytelsen til et 40Ah posebatteri med positiv elektrode NCM111+LMO gjennom eksperimenter og simuleringer.Overladingsstrømmene er henholdsvis 0,33C, 0,5C og 1C.Batteristørrelsen er 240mm * 150mm * 14mm.(beregnet i henhold til nominell spenning på 3,65V, dens volumspesifikke energi er omtrent 290Wh/L, som fortsatt er relativt lav)
Endringene i spenning, temperatur og indre motstand under overladingsprosessen er vist i bilde 1. Det kan grovt sett deles inn i fire trinn:
Første trinn: 1
Andre trinn: 1.2
Tredje trinn: 1.4
Det fjerde trinnet: SOC>1,6, batteriets indre trykk overskrider grensen, foringsrøret sprekker, membranen krymper og deformeres, og batteriet løper termisk.Det oppstår en kortslutning inne i batteriet, en stor mengde energi frigjøres raskt, og temperaturen på batteriet stiger kraftig til 780°C.
Varmen som genereres under overladingsprosessen inkluderer: reversibel entropivarme, Joule-varme, kjemisk reaksjonsvarme og varme frigjort ved intern kortslutning.Varmen fra den kjemiske reaksjonen inkluderer varmen som frigjøres ved oppløsningen av Mn, reaksjonen av metalllitium med elektrolytten, oksidasjonen av elektrolytten, dekomponeringen av SEI-filmen, dekomponeringen av den negative elektroden og dekomponeringen av den positive elektroden (NCM111 og LMO).Tabell 1 viser entalpiendringen og aktiveringsenergien til hver reaksjon.(Denne artikkelen ignorerer sidereaksjoner fra permer)
Bilde 3 er en sammenligning av varmeutviklingshastigheten under overlading med forskjellige ladestrømmer.Følgende konklusjoner kan trekkes fra bilde 3:
1) Etter hvert som ladestrømmen øker, øker den termiske løpstiden.
2) Varmeproduksjonen under overlading domineres av Joule-varme.SOC<1,2, den totale varmeproduksjonen er i utgangspunktet lik Joule varme.
3) I den andre fasen (1
4) SOC>1,45, varmen som frigjøres ved reaksjonen av metalllitium og elektrolytt vil overstige Joule-varme.
5) Når SOC>1.6 starter nedbrytningsreaksjonen mellom SEI-film og negativ elektrode, varmeproduksjonshastigheten for elektrolyttoksidasjonsreaksjonen øker kraftig, og den totale varmeproduksjonshastigheten når toppverdien.(Beskrivelsene i 4 og 5 i litteraturen er noe inkonsistente med bildene, og bildene her skal gjelde og ha blitt justert.)
6) Under overladingsprosessen er reaksjonen av metalllitium med elektrolytten og oksidasjonen av elektrolytten hovedreaksjonene.
Gjennom analysen ovenfor er oksidasjonspotensialet til elektrolytten, kapasiteten til den negative elektroden og starttemperaturen for termisk løping de tre nøkkelparametrene for overlading.Bilde 4 viser virkningen av tre nøkkelparametere på overladingsytelse.Det kan sees at økningen i oksidasjonspotensialet til elektrolytten i stor grad kan forbedre overladingsytelsen til batteriet, mens kapasiteten til den negative elektroden har liten effekt på overladingsytelsen.(Med andre ord hjelper høyspentelektrolytten til å forbedre overladingsytelsen til batteriet, og å øke N/P-forholdet har liten effekt på overladingsytelsen til batteriet.)
Referanser
D. Ren et al.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Innleggstid: 15. desember 2022