In dit artikel wordt de overbelastingsprestatie van een 40Ah-zakbatterij met positieve elektrode NCM111+LMO bestudeerd door middel van experimenten en simulaties.De overlaadstromen zijn respectievelijk 0,33C, 0,5C en 1C.De grootte van de batterij is 240 mm * 150 mm * 14 mm.(berekend op basis van de nominale spanning van 3,65 V, de volumespecifieke energie is ongeveer 290 Wh/L, wat nog steeds relatief laag is)
De spannings-, temperatuur- en interne weerstandsveranderingen tijdens het overlaadproces worden weergegeven in afbeelding 1. Het kan grofweg in vier fasen worden verdeeld:
De eerste fase: 1
De tweede fase: 1.2
De derde fase: 1.4
De vierde fase: SOC> 1.6, de interne druk van de batterij overschrijdt de limiet, de behuizing scheurt, het diafragma krimpt en vervormt en de batterij loopt oververhit.Er ontstaat kortsluiting in de batterij, er komt snel een grote hoeveelheid energie vrij en de temperatuur van de batterij stijgt sterk tot 780°C.
De warmte die wordt gegenereerd tijdens het overbelastingsproces omvat: omkeerbare entropiewarmte, Joule-warmte, chemische reactiewarmte en warmte die vrijkomt door interne kortsluiting.De warmte van de chemische reactie omvat de warmte die vrijkomt bij het oplossen van Mn, de reactie van metaallithium met de elektrolyt, de oxidatie van de elektrolyt, de ontleding van de SEI-film, de ontleding van de negatieve elektrode en de ontleding van de positieve elektrode (NCM111 en LMO).Tabel 1 toont de enthalpieverandering en activeringsenergie van elke reactie.(Dit artikel negeert nevenreacties van bindmiddelen)
Afbeelding 3 is een vergelijking van de warmteontwikkeling tijdens overladen met verschillende laadstromen.Uit Picture3 kunnen de volgende conclusies worden getrokken:
1) Naarmate de laadstroom toeneemt, neemt de thermische runaway-tijd toe.
2) De warmteproductie tijdens overladen wordt gedomineerd door joule-warmte.SOC<1,2, de totale warmteproductie is in principe gelijk aan Joule warmte.
3) In de tweede fase (1
4) SOC>1,45, de warmte die vrijkomt door de reactie van metaallithium en elektrolyt zal de Joule-warmte overschrijden.
5) Wanneer SOC> 1,6 begint de ontledingsreactie tussen SEI-film en negatieve elektrode, neemt de warmteproductiesnelheid van de elektrolytoxidatiereactie sterk toe en bereikt de totale warmteproductiesnelheid de piekwaarde.(De beschrijvingen in 4 en 5 in de literatuur komen enigszins niet overeen met de afbeeldingen, en de afbeeldingen hier prevaleren en zijn aangepast.)
6) Tijdens het overbelastingsproces zijn de reactie van metaallithium met de elektrolyt en de oxidatie van de elektrolyt de belangrijkste reacties.
Door de bovenstaande analyse zijn het oxidatiepotentieel van de elektrolyt, de capaciteit van de negatieve elektrode en de begintemperatuur van thermisch weglopen de drie belangrijkste parameters voor overladen.Afbeelding 4 toont de impact van drie belangrijke parameters op de overbelastingsprestaties.Het is te zien dat de toename van het oxidatiepotentieel van de elektrolyt de overlaadprestaties van de batterij aanzienlijk kan verbeteren, terwijl de capaciteit van de negatieve elektrode weinig invloed heeft op de overlaadprestaties.(Met andere woorden, de hoogspanningselektrolyt helpt de overlaadprestaties van de batterij te verbeteren, en het verhogen van de N/P-verhouding heeft weinig effect op de overlaadprestaties van de batterij.)
Referenties
D. Ren et al.Dagboek van stroombronnen 364(2017) 328-340
Posttijd: 15 december 2022