V tomto článku je prostřednictvím experimentů a simulací studován výkon při přebíjení 40Ah pouzdrové baterie s kladnou elektrodou NCM111+LMO.Přebíjecí proudy jsou 0,33C, 0,5C a 1C.Velikost baterie je 240 mm * 150 mm * 14 mm.(počítáno podle jmenovitého napětí 3,65V, jeho objemová měrná energie je cca 290Wh/L, což je stále relativně málo)
Změny napětí, teploty a vnitřního odporu během procesu přebíjení jsou znázorněny na obrázku 1. Lze jej zhruba rozdělit do čtyř fází:
První etapa: 1
Druhá etapa: 1.2
Třetí etapa: 1.4
Čtvrtá fáze: SOC>1,6, vnitřní tlak baterie překročí limit, pouzdro praskne, membrána se smrští a deformuje a dojde k tepelnému úniku baterie.Uvnitř baterie dojde ke zkratu, rychle se uvolní velké množství energie a teplota baterie prudce stoupne až na 780°C.
Teplo generované během procesu přebíjení zahrnuje: teplo vratné entropie, teplo Joule, teplo chemické reakce a teplo uvolněné vnitřním zkratem.Teplo chemické reakce zahrnuje teplo uvolněné rozpouštěním Mn, reakcí kovového lithia s elektrolytem, oxidací elektrolytu, rozkladem filmu SEI, rozkladem záporné elektrody a rozkladem kladné elektrody. (NCM111 a LMO).Tabulka 1 ukazuje změnu entalpie a aktivační energii každé reakce.(Tento článek ignoruje vedlejší reakce pojiva)
Obrázek 3 je porovnání rychlosti vývinu tepla při přebíjení různými nabíjecími proudy.Z obrázku 3 lze vyvodit následující závěry:
1) S rostoucím nabíjecím proudem se prodlužuje doba tepelného úniku.
2) Produkci tepla při přeplňování dominuje Jouleovo teplo.SOC<1,2, celková produkce tepla se v zásadě rovná Jouleovu teplu.
3) Ve druhé fázi (1
4) SOC>1,45, teplo uvolněné reakcí kovového lithia a elektrolytu překročí Jouleovo teplo.
5) Když SOC>1,6, začne rozkladná reakce mezi SEI filmem a zápornou elektrodou, rychlost produkce tepla při oxidační reakci elektrolytu prudce vzroste a celková rychlost produkce tepla dosáhne maximální hodnoty.(Popisy v 4 a 5 v literatuře jsou poněkud v rozporu s obrázky a obrázky zde mají přednost a byly upraveny.)
6) Během procesu přebíjení jsou hlavní reakce reakce kovového lithia s elektrolytem a oxidace elektrolytu.
Prostřednictvím výše uvedené analýzy jsou oxidační potenciál elektrolytu, kapacita záporné elektrody a teplota začátku tepelného úniku tři klíčové parametry pro přebíjení.Obrázek 4 ukazuje vliv tří klíčových parametrů na výkon při přebíjení.Je vidět, že zvýšení oxidačního potenciálu elektrolytu může výrazně zlepšit výkon při přebíjení baterie, zatímco kapacita záporné elektrody má malý vliv na výkon při přebíjení.(Jinými slovy, vysokonapěťový elektrolyt pomáhá zlepšit výkon při přebíjení baterie a zvýšení poměru N/P má malý vliv na výkon při přebíjení baterie.)
Reference
D. Ren a kol.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Čas odeslání: 15. prosince 2022