Lithium batteri overopladningsmekanisme og anti-overopladningsforanstaltninger(2)

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.

图3

图4

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)

图5

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.

图6

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