En aquest article, s'estudia el rendiment de sobrecàrrega d'una bateria de bossa de 40 Ah amb elèctrode positiu NCM111+LMO mitjançant experiments i simulacions.Els corrents de sobrecàrrega són 0,33C, 0,5C i 1C, respectivament.La mida de la bateria és de 240 mm * 150 mm * 14 mm.(Calculat segons la tensió nominal de 3,65 V, el seu volum d'energia específica és d'uns 290Wh/L, que encara és relativament baix)
Els canvis de tensió, temperatura i resistència interna durant el procés de sobrecàrrega es mostren a la imatge 1. Es pot dividir aproximadament en quatre etapes:
Primera etapa: 1
La segona etapa: 1.2
La tercera etapa: 1.4
La quarta etapa: SOC>1,6, la pressió interna de la bateria supera el límit, la carcassa es trenca, el diafragma s'encongeix i es deforma, i la bateria es desborda.Es produeix un curtcircuit dins de la bateria, una gran quantitat d'energia s'allibera ràpidament i la temperatura de la bateria augmenta bruscament fins als 780 °C.
La calor generada durant el procés de sobrecàrrega inclou: calor d'entropia reversible, calor de Joule, calor de reacció química i calor alliberat per curtcircuit intern.La calor de la reacció química inclou la calor alliberada per la dissolució de Mn, la reacció del metall liti amb l'electròlit, l'oxidació de l'electròlit, la descomposició de la pel·lícula SEI, la descomposició de l'elèctrode negatiu i la descomposició de l'elèctrode positiu. (NCM111 i LMO).La taula 1 mostra el canvi d'entalpia i l'energia d'activació de cada reacció.(Aquest article ignora les reaccions secundaries dels aglutinants)
La imatge 3 és una comparació de la taxa de generació de calor durant la sobrecàrrega amb diferents corrents de càrrega.De la imatge 3 es poden extreure les següents conclusions:
1) A mesura que augmenta el corrent de càrrega, avança el temps de fuga tèrmica.
2) La producció de calor durant la sobrecàrrega està dominada per la calor Joule.SOC <1,2, la producció total de calor és bàsicament igual a la calor Joule.
3) En la segona etapa (1
4) SOC> 1,45, la calor alliberada per la reacció del metall liti i l'electròlit superarà la calor de Joule.
5) Quan SOC> 1,6, s'inicia la reacció de descomposició entre la pel·lícula SEI i l'elèctrode negatiu, la velocitat de producció de calor de la reacció d'oxidació d'electròlits augmenta bruscament i la velocitat total de producció de calor arriba al valor màxim.(Les descripcions dels punts 4 i 5 de la literatura són una mica inconsistents amb les imatges, i les imatges aquí prevaldran i s'han ajustat.)
6) Durant el procés de sobrecàrrega, la reacció del metall liti amb l'electròlit i l'oxidació de l'electròlit són les reaccions principals.
Mitjançant l'anàlisi anterior, el potencial d'oxidació de l'electròlit, la capacitat de l'elèctrode negatiu i la temperatura d'inici de la fuga tèrmica són els tres paràmetres clau per a la sobrecàrrega.La imatge 4 mostra l'impacte de tres paràmetres clau en el rendiment de la sobrecàrrega.Es pot veure que l'augment del potencial d'oxidació de l'electròlit pot millorar molt el rendiment de la sobrecàrrega de la bateria, mentre que la capacitat de l'elèctrode negatiu té poc efecte en el rendiment de la sobrecàrrega.(En altres paraules, l'electròlit d'alta tensió ajuda a millorar el rendiment de sobrecàrrega de la bateria, i augmentar la relació N/P té poc efecte en el rendiment de sobrecàrrega de la bateria.)
Referències
D. Ren et al.Journal of Power Sources 364 (2017) 328-340
Hora de publicació: 15-12-2022