I denna artikel studeras överladdningsprestandan hos ett 40Ah-påsebatteri med positiv elektrod NCM111+LMO genom experiment och simuleringar.Överladdningsströmmarna är 0,33C, 0,5C respektive 1C.Batteristorleken är 240mm * 150mm * 14mm.(beräknat enligt märkspänningen på 3,65V, dess volymspecifika energi är cirka 290Wh/L, vilket fortfarande är relativt lågt)
Spännings-, temperatur- och inre resistansförändringar under överladdningsprocessen visas i bild 1. Det kan grovt delas in i fyra steg:
Första steget: 1
Det andra steget: 1.2
Tredje etappen: 1.4
Det fjärde steget: SOC>1,6, batteriets inre tryck överskrider gränsen, höljet brister, membranet krymper och deformeras och batteriet löper termiskt.En kortslutning uppstår inuti batteriet, en stor mängd energi frigörs snabbt och batteriets temperatur stiger kraftigt till 780°C.
Värmen som genereras under överladdningsprocessen inkluderar: reversibel entropivärme, Joule-värme, kemisk reaktionsvärme och värme som frigörs genom intern kortslutning.Värmen från kemisk reaktion inkluderar värmen som frigörs genom upplösningen av Mn, reaktionen av metalllitium med elektrolyten, oxidationen av elektrolyten, sönderdelningen av SEI-filmen, sönderdelningen av den negativa elektroden och sönderdelningen av den positiva elektroden (NCM111 och LMO).Tabell 1 visar entalpiförändringen och aktiveringsenergin för varje reaktion.(Den här artikeln ignorerar sidoreaktioner av pärmar)
Bild 3 är en jämförelse av värmeutvecklingshastigheten vid överladdning med olika laddningsströmmar.Följande slutsatser kan dras från bild 3:
1) När laddningsströmmen ökar, förlängs den termiska runaway-tiden.
2) Värmeproduktionen vid överladdning domineras av Joule-värme.SOC<1,2, den totala värmeproduktionen är i princip lika med Joule-värme.
3) I det andra steget (1
4) SOC>1,45, värmen som frigörs genom reaktionen mellan metalllitium och elektrolyt kommer att överstiga Joule-värme.
5) När SOC>1,6 startar nedbrytningsreaktionen mellan SEI-film och negativ elektrod, värmeproduktionshastigheten för elektrolytoxidationsreaktionen ökar kraftigt och den totala värmeproduktionshastigheten når toppvärdet.(Beskrivningarna i 4 och 5 i litteraturen är något inkonsekventa med bilderna, och bilderna här ska råda och ha justerats.)
6) Under överladdningsprocessen är reaktionen av metalllitium med elektrolyten och oxidationen av elektrolyten huvudreaktionerna.
Genom ovanstående analys är elektrolytens oxidationspotential, kapaciteten hos den negativa elektroden och starttemperaturen för termisk runaway de tre nyckelparametrarna för överladdning.Bild 4 visar effekten av tre nyckelparametrar på överladdningsprestanda.Det kan ses att ökningen av elektrolytens oxidationspotential avsevärt kan förbättra batteriets överladdningsprestanda, medan kapaciteten hos den negativa elektroden har liten effekt på överladdningsprestandan.(Med andra ord hjälper högspänningselektrolyten till att förbättra batteriets överladdningsprestanda, och att öka N/P-förhållandet har liten effekt på batteriets överladdningsprestanda.)
Referenser
D. Ren et al.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Posttid: 2022-15-15