V tomto článku sa študuje výkon pri prebíjaní 40Ah vreckovej batérie s kladnou elektródou NCM111+LMO prostredníctvom experimentov a simulácií.Prebíjacie prúdy sú 0,33C, 0,5C a 1C.Veľkosť batérie je 240 mm * 150 mm * 14 mm.(prepočítané podľa menovitého napätia 3,65V, jeho objemová merná energia je cca 290Wh/L, čo je stále relatívne málo)
Zmeny napätia, teploty a vnútorného odporu počas procesu prebíjania sú znázornené na obrázku 1. Dá sa zhruba rozdeliť do štyroch fáz:
Prvá etapa: 1
Druhá etapa: 1.2
Tretia etapa: 1.4
Štvrtá fáza: SOC>1,6, vnútorný tlak batérie prekročí limit, puzdro praskne, membrána sa zmrští a deformuje a tepelný únik batérie.Vo vnútri batérie dôjde ku skratu, rýchlo sa uvoľní veľké množstvo energie a teplota batérie prudko stúpne až na 780 °C.
Teplo generované počas procesu prebíjania zahŕňa: teplo reverzibilnej entropie, teplo Joule, teplo chemickej reakcie a teplo uvoľnené vnútorným skratom.Teplo chemickej reakcie zahŕňa teplo uvoľnené rozpustením Mn, reakciou kovového lítia s elektrolytom, oxidáciou elektrolytu, rozkladom filmu SEI, rozkladom zápornej elektródy a rozkladom kladnej elektródy. (NCM111 a LMO).Tabuľka 1 ukazuje zmenu entalpie a aktivačnú energiu každej reakcie.(Tento článok ignoruje vedľajšie reakcie spojiva)
Obrázok 3 je porovnanie rýchlosti generovania tepla pri prebíjaní rôznymi nabíjacími prúdmi.Z obrázku 3 možno vyvodiť tieto závery:
1) So zvyšujúcim sa nabíjacím prúdom sa doba tepelného úniku predlžuje.
2) Vo výrobe tepla pri preplňovaní dominuje teplo Joule.SOC<1,2, celková produkcia tepla sa v podstate rovná Jouleovmu teplu.
3) V druhej fáze (1
4) SOC> 1,45, teplo uvoľnené reakciou kovového lítia a elektrolytu prekročí Jouleovo teplo.
5) Keď sa SOC> 1,6 spustí rozkladná reakcia medzi filmom SEI a negatívnou elektródou, rýchlosť výroby tepla pri oxidačnej reakcii elektrolytu sa prudko zvýši a celková rýchlosť výroby tepla dosiahne maximálnu hodnotu.(Popisy v 4 a 5 v literatúre sú trochu v rozpore s obrázkami a obrázky tu majú prednosť a boli upravené.)
6) Počas procesu prebíjania sú hlavnými reakciami reakcia kovového lítia s elektrolytom a oxidácia elektrolytu.
Prostredníctvom vyššie uvedenej analýzy sú oxidačný potenciál elektrolytu, kapacita zápornej elektródy a teplota začiatku tepelného úniku tromi kľúčovými parametrami pre prebíjanie.Obrázok 4 ukazuje vplyv troch kľúčových parametrov na výkon prebíjania.Je zrejmé, že zvýšenie oxidačného potenciálu elektrolytu môže výrazne zlepšiť výkon batérie pri prebití, zatiaľ čo kapacita zápornej elektródy má malý vplyv na výkon pri prebití.(Inými slovami, vysokonapäťový elektrolyt pomáha zlepšiť výkon batérie pri prebití a zvýšenie pomeru N/P má malý vplyv na výkon batérie pri prebití.)
Referencie
D. Ren a kol.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Čas odoslania: 15. decembra 2022