I dette papir studeres overladningsydelsen af et 40Ah posebatteri med positiv elektrode NCM111+LMO gennem eksperimenter og simuleringer.Overladningsstrømmene er henholdsvis 0,33C, 0,5C og 1C.Batteristørrelsen er 240mm * 150mm * 14mm.(beregnet i henhold til den nominelle spænding på 3,65V, dens volumenspecifikke energi er omkring 290Wh/L, hvilket stadig er relativt lavt)
Spændings-, temperatur- og indre modstandsændringer under overopladningsprocessen er vist på billede 1. Det kan groft opdeles i fire trin:
Første fase: 1
Anden fase: 1.2
Tredje fase: 1.4
Fjerde trin: SOC>1,6, batteriets indre tryk overskrider grænsen, kappen brister, membranen krymper og deformeres, og batteriet løber termisk væk.Der opstår en kortslutning inde i batteriet, en stor mængde energi frigives hurtigt, og batteriets temperatur stiger kraftigt til 780°C.
Den varme, der genereres under overladningsprocessen, omfatter: reversibel entropivarme, Joule-varme, kemisk reaktionsvarme og varme frigivet ved intern kortslutning.Varmen fra den kemiske reaktion omfatter den varme, der frigives ved opløsningen af Mn, reaktionen mellem metallithium og elektrolytten, oxidationen af elektrolytten, nedbrydningen af SEI-filmen, nedbrydningen af den negative elektrode og nedbrydningen af den positive elektrode. (NCM111 og LMO).Tabel 1 viser entalpiændringen og aktiveringsenergien for hver reaktion.(Denne artikel ignorerer sidereaktioner af bindemidler)
Billede 3 er en sammenligning af varmeproduktionshastigheden under overopladning med forskellige ladestrømme.Følgende konklusioner kan drages fra Billede 3:
1) Efterhånden som ladestrømmen stiger, går den termiske runaway-tid frem.
2) Varmeproduktionen under overopladning er domineret af Joule varme.SOC<1,2, den samlede varmeproduktion er som udgangspunkt lig med Joule varme.
3) I anden fase (1
4) SOC>1,45, den varme, der frigives ved reaktionen mellem metallithium og elektrolyt, vil overstige Joule-varme.
5) Når SOC>1.6 starter nedbrydningsreaktionen mellem SEI-film og negativ elektrode, varmeproduktionshastigheden for elektrolytoxidationsreaktionen stiger kraftigt, og den samlede varmeproduktionshastighed når topværdien.(Beskrivelserne i 4 og 5 i litteraturen er noget uoverensstemmende med billederne, og billederne her skal have forrang og er blevet justeret.)
6) Under overladningsprocessen er reaktionen af metallithium med elektrolytten og oxidationen af elektrolytten hovedreaktionerne.
Gennem ovenstående analyse er elektrolyttens oxidationspotentiale, kapaciteten af den negative elektrode og begyndelsestemperaturen for termisk runaway de tre nøgleparametre for overopladning.Billede 4 viser tre nøgleparametres indvirkning på overladningsydelsen.Det kan ses, at stigningen i elektrolyttens oxidationspotentiale i høj grad kan forbedre batteriets overopladningsydelse, mens kapaciteten af den negative elektrode har ringe effekt på overopladningsydelsen.(Med andre ord hjælper højspændingselektrolytten med at forbedre batteriets overopladningsydelse, og en forøgelse af N/P-forholdet har ringe effekt på batteriets overopladningsydeevne.)
Referencer
D. Ren et al.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Indlægstid: 15. december 2022