Ebben a cikkben az NCM111+LMO pozitív elektródával ellátott 40Ah-s tok akkumulátor túltöltési teljesítményét tanulmányozzuk kísérletekkel és szimulációkkal.A túltöltési áramok 0,33 C, 0,5 C és 1 C.Az akkumulátor mérete 240 mm * 150 mm * 14 mm.(3,65V névleges feszültséggel számolva térfogat fajlagos energiája kb. 290Wh/L, ami még viszonylag alacsony)
A feszültség, a hőmérséklet és a belső ellenállás változása a túltöltés során az 1. ábrán látható. Ez nagyjából négy szakaszra osztható:
Az első szakasz: 1
A második szakasz: 1.2
A harmadik szakasz: 1.4
A negyedik fokozat: SOC>1,6, az akkumulátor belső nyomása meghaladja a határértéket, a burkolat megreped, a membrán összezsugorodik és deformálódik, az akkumulátor hőkifutása.Az akkumulátor belsejében rövidzárlat lép fel, nagy mennyiségű energia szabadul fel gyorsan, és az akkumulátor hőmérséklete meredeken 780°C-ra emelkedik.
A túltöltési folyamat során keletkező hő magában foglalja a reverzibilis entrópia hőt, a Joule-hőt, a kémiai reakcióhőt és a belső rövidzárlat által felszabaduló hőt.A kémiai reakcióhő magában foglalja a Mn oldódása során felszabaduló hőt, a fém-lítium reakcióját az elektrolittal, az elektrolit oxidációját, a SEI film bomlását, a negatív elektród bomlását és a pozitív elektród bomlását. (NCM111 és LMO).Az 1. táblázat az egyes reakciók entalpiaváltozását és aktiválási energiáját mutatja.(Ez a cikk figyelmen kívül hagyja a kötőanyagok mellékreakcióit)
A 3. kép a különböző töltőáramokkal történő túltöltés során fellépő hőtermelési sebesség összehasonlítása.A 3. képből a következő következtetések vonhatók le:
1) A töltőáram növekedésével a termikus kifutási idő előrehalad.
2) A túltöltés során a hőtermelést a Joule-hő uralja.SOC<1,2, a teljes hőtermelés alapvetően megegyezik a Joule hővel.
3) A második szakaszban (1
4) SOC>1,45, a fém-lítium és az elektrolit reakciója során felszabaduló hő meghaladja a Joule-hőt.
5) Ha SOC>1,6, beindul a bomlási reakció a SEI film és a negatív elektróda között, az elektrolit oxidációs reakció hőtermelési sebessége meredeken növekszik, és a teljes hőtermelési sebesség eléri a csúcsértéket.(A szakirodalomban a 4. és 5. pontban található leírások némileg nem egyeznek a képekkel, az itt található képek az irányadóak, és kiigazításra kerültek.)
6) A túltöltési folyamat során a fém-lítium reakciója az elektrolittal és az elektrolit oxidációja a fő reakciók.
A fenti elemzés alapján az elektrolit oxidációs potenciálja, a negatív elektróda kapacitása és a termikus kifutás kezdeti hőmérséklete a túltöltés három kulcsparamétere.A 4. kép három fő paraméter hatását mutatja a túltöltési teljesítményre.Látható, hogy az elektrolit oxidációs potenciáljának növekedése nagymértékben javíthatja az akkumulátor túltöltési teljesítményét, míg a negatív elektróda kapacitása kevéssé befolyásolja a túltöltési teljesítményt.(Más szóval, a nagyfeszültségű elektrolit segít javítani az akkumulátor túltöltési teljesítményét, és az N/P arány növelése csekély hatással van az akkumulátor túltöltési teljesítményére.)
Hivatkozások
D. Ren és mtsai.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Feladás időpontja: 2022. december 15