W tym artykule, za pomocą eksperymentów i symulacji, zbadano wydajność przeładowania akumulatora ładowniczego 40 Ah z elektrodą dodatnią NCM111 + LMO.Prądy przeładowania wynoszą odpowiednio 0,33C, 0,5C i 1C.Rozmiar baterii to 240mm * 150mm * 14mm.(obliczona zgodnie z napięciem znamionowym 3,65 V, jego energia właściwa dla objętości wynosi około 290 Wh/L, co nadal jest stosunkowo niskie)
Zmiany napięcia, temperatury i rezystancji wewnętrznej podczas procesu przeładowania pokazano na Rysunku 1. Można go z grubsza podzielić na cztery etapy:
Pierwszy etap: 1
Drugi etap: 1.2
Trzeci etap: 1.4
Czwarty stopień: SOC>1,6, ciśnienie wewnętrzne akumulatora przekracza limit, obudowa pęka, membrana kurczy się i odkształca, a akumulator ucieka termicznie.Wewnątrz akumulatora dochodzi do zwarcia, następuje gwałtowne uwolnienie dużej ilości energii, a temperatura akumulatora gwałtownie wzrasta do 780°C.
Ciepło wytwarzane podczas procesu przeładowania obejmuje: odwracalne ciepło entropii, ciepło Joule'a, ciepło reakcji chemicznych oraz ciepło uwalniane w wyniku wewnętrznego zwarcia.Ciepło reakcji chemicznej obejmuje ciepło wydzielane przez rozpuszczanie Mn, reakcję metalicznego litu z elektrolitem, utlenianie elektrolitu, rozkład warstwy SEI, rozkład elektrody ujemnej i rozkład elektrody dodatniej (NCM111 i LMO).Tabela 1 pokazuje zmianę entalpii i energię aktywacji każdej reakcji.(W tym artykule pominięto reakcje uboczne substancji wiążących)
Zdjęcie 3 przedstawia porównanie szybkości wytwarzania ciepła podczas przeładowania przy różnych prądach ładowania.Ze zdjęcia 3 można wyciągnąć następujące wnioski:
1) Wraz ze wzrostem prądu ładowania wydłuża się czas niekontrolowanej temperatury.
2) Produkcja ciepła podczas przeładowania jest zdominowana przez ciepło Joule'a.SOC<1,2, całkowita produkcja ciepła jest zasadniczo równa ciepła Joule'a.
3) W drugim etapie (1
4) SOC>1,45, ciepło uwalniane w reakcji metalicznego litu i elektrolitu przekroczy ciepło Joule'a.
5) Gdy SOC>1,6 rozpoczyna się reakcja rozkładu między folią SEI a elektrodą ujemną, szybkość wytwarzania ciepła w reakcji utleniania elektrolitu gwałtownie wzrasta, a całkowita szybkość wytwarzania ciepła osiąga wartość szczytową.(Opisy w 4 i 5 w literaturze są nieco niespójne z ilustracjami, a tutaj zdjęcia mają pierwszeństwo i zostały dostosowane.)
6) Podczas procesu przeładowania głównymi reakcjami są reakcja metalicznego litu z elektrolitem i utlenianie elektrolitu.
Dzięki powyższej analizie potencjał oksydacyjny elektrolitu, pojemność elektrody ujemnej i temperatura początkowa niekontrolowanej temperatury są trzema kluczowymi parametrami przeładowania.Rysunek 4 pokazuje wpływ trzech kluczowych parametrów na wydajność przeładowania.Można zauważyć, że wzrost potencjału utleniania elektrolitu może znacznie poprawić wydajność przeładowania akumulatora, podczas gdy pojemność elektrody ujemnej ma niewielki wpływ na wydajność przeładowania.(Innymi słowy, elektrolit wysokiego napięcia pomaga poprawić wydajność akumulatora przy przeładowaniu, a zwiększenie stosunku N/P ma niewielki wpływ na działanie akumulatora przy przeładowaniu.)
Bibliografia
D. Ren i in.Dziennik źródeł zasilania 364 (2017) 328-340
Czas postu: 15 grudnia 2022 r