Neste artigo, estúdase o rendemento de sobrecarga dunha batería de bolsa de 40 Ah con electrodo positivo NCM111+LMO mediante experimentos e simulacións.As correntes de sobrecarga son 0,33C, 0,5C e 1C, respectivamente.O tamaño da batería é de 240 mm * 150 mm * 14 mm.(calculado segundo a tensión nominal de 3,65 V, o seu volume de enerxía específica é duns 290 Wh/L, que aínda é relativamente baixo)
Os cambios de tensión, temperatura e resistencia interna durante o proceso de sobrecarga móstranse na imaxe 1. Pódese dividir aproximadamente en catro etapas:
Primeira fase: 1
Segunda fase: 1.2
A terceira fase: 1.4
A cuarta etapa: SOC>1,6, a presión interna da batería supera o límite, a carcasa rompe, o diafragma encolle e defórmase e a fuga térmica da batería.Prodúcese un curtocircuíto dentro da batería, unha gran cantidade de enerxía é liberada rapidamente e a temperatura da batería aumenta bruscamente ata os 780 °C.
A calor xerada durante o proceso de sobrecarga inclúe: calor de entropía reversible, calor Joule, calor de reacción química e calor liberado por curtocircuíto interno.A calor da reacción química inclúe a calor liberada pola disolución de Mn, a reacción do litio metálico co electrólito, a oxidación do electrólito, a descomposición da película SEI, a descomposición do electrodo negativo e a descomposición do electrodo positivo. (NCM111 e LMO).A táboa 1 mostra o cambio de entalpía e a enerxía de activación de cada reacción.(Este artigo ignora as reaccións secundarias dos aglutinantes)
A imaxe 3 é unha comparación da taxa de xeración de calor durante a sobrecarga con diferentes correntes de carga.Da imaxe 3 pódense extraer as seguintes conclusións:
1) A medida que aumenta a corrente de carga, o tempo de fuga térmica avanza.
2) A produción de calor durante a sobrecarga está dominada pola calor Joule.SOC<1,2, a produción total de calor é basicamente igual á calor Joule.
3) Na segunda fase (1
4) SOC>1,45, a calor liberada pola reacción do metal litio e electrólito superará a calor Joule.
5) Cando SOC> 1,6, comeza a reacción de descomposición entre a película SEI e o electrodo negativo, a taxa de produción de calor da reacción de oxidación do electrólito aumenta drasticamente e a taxa de produción total de calor alcanza o valor máximo.(As descricións dos números 4 e 5 da literatura son algo inconsistentes coas imaxes, e as imaxes aquí prevalecerán e axustaranse).
6) Durante o proceso de sobrecarga, a reacción do litio metálico co electrólito e a oxidación do electrólito son as principais reaccións.
A través da análise anterior, o potencial de oxidación do electrólito, a capacidade do electrodo negativo e a temperatura de inicio da fuga térmica son os tres parámetros clave para a sobrecarga.A imaxe 4 mostra o impacto de tres parámetros clave no rendemento de sobrecarga.Pódese ver que o aumento do potencial de oxidación do electrólito pode mellorar moito o rendemento de sobrecarga da batería, mentres que a capacidade do electrodo negativo ten pouco efecto no rendemento da sobrecarga.(Noutras palabras, o electrólito de alta tensión axuda a mellorar o rendemento de sobrecarga da batería e aumentar a relación N/P ten pouco efecto no rendemento de sobrecarga da batería).
Referencias
D. Ren et al.Journal of Power Sources 364 (2017) 328-340
Hora de publicación: 15-12-2022