U ovom se radu kroz pokuse i simulacije proučava učinak prenapunjenosti torbičaste baterije od 40 Ah s pozitivnom elektrodom NCM111+LMO.Struje prepune su 0,33C, 0,5C i 1C, respektivno.Veličina baterije je 240 mm * 150 mm * 14 mm.(izračunato prema nazivnom naponu od 3,65 V, njegova volumenska specifična energija je oko 290 Wh/L, što je još uvijek relativno nisko)
Promjene napona, temperature i unutarnjeg otpora tijekom procesa prekomjernog punjenja prikazane su na slici 1. Može se grubo podijeliti u četiri faze:
Prva faza: 1
Druga faza: 1.2
Treća faza: 1.4
Četvrti stupanj: SOC>1,6, unutarnji tlak baterije premašuje granicu, kućište pukne, dijafragma se skuplja i deformira, a baterija dolazi do toplinskog bijega.Dolazi do kratkog spoja unutar baterije, velika količina energije se brzo oslobađa, a temperatura baterije naglo raste do 780°C.
Toplina koja se stvara tijekom procesa prekomjernog punjenja uključuje: reverzibilnu entropijsku toplinu, Jouleovu toplinu, toplinu kemijske reakcije i toplinu oslobođenu unutarnjim kratkim spojem.Toplina kemijske reakcije uključuje toplinu koja se oslobađa otapanjem Mn, reakcijom metalnog litija s elektrolitom, oksidacijom elektrolita, razgradnjom SEI filma, razgradnjom negativne elektrode i razgradnjom pozitivne elektrode. (NCM111 i LMO).Tablica 1 prikazuje promjenu entalpije i aktivacijsku energiju svake reakcije.(Ovaj članak zanemaruje nuspojave veziva)
Slika 3 je usporedba brzine stvaranja topline tijekom prekomjernog punjenja s različitim strujama punjenja.Iz slike 3 mogu se izvući sljedeći zaključci:
1) Kako se struja punjenja povećava, vrijeme toplinskog odlaska napreduje.
2) U proizvodnji topline tijekom prekomjernog punjenja dominira Jouleova toplina.SOC<1,2, ukupna proizvodnja topline je u osnovi jednaka Joule toplini.
3) U drugoj fazi (1
4) SOC>1,45, toplina oslobođena reakcijom metalnog litija i elektrolita će premašiti Jouleovu toplinu.
5) Kada je SOC>1,6, započinje reakcija razgradnje između SEI filma i negativne elektrode, brzina proizvodnje topline reakcije oksidacije elektrolita naglo se povećava, a ukupna stopa proizvodnje topline doseže vršnu vrijednost.(Opisi pod 4 i 5 u literaturi su donekle nedosljedni sa slikama, a slike ovdje će prevladati i prilagođene su.)
6) Tijekom procesa prekomjernog punjenja glavne reakcije su reakcija metalnog litija s elektrolitom i oksidacija elektrolita.
Kroz gornju analizu, oksidacijski potencijal elektrolita, kapacitet negativne elektrode i početna temperatura toplinskog odlaska tri su ključna parametra za prekomjerno punjenje.Slika 4 prikazuje utjecaj tri ključna parametra na učinak preopterećenja.Može se vidjeti da povećanje oksidacijskog potencijala elektrolita može uvelike poboljšati učinak prekomjernog punjenja baterije, dok kapacitet negativne elektrode ima mali učinak na učinak prekomjernog punjenja.(Drugim riječima, visokonaponski elektrolit pomaže u poboljšanju performansi baterije pri prekomjernom punjenju, a povećanje omjera N/P ima mali učinak na performanse baterije kod prekomjernog punjenja.)
Reference
D. Ren i sur.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Vrijeme objave: 15. prosinca 2022