In questo documento, le prestazioni di sovraccarico di una batteria a sacchetto da 40 Ah con elettrodo positivo NCM111+LMO vengono studiate attraverso esperimenti e simulazioni.Le correnti di sovraccarico sono rispettivamente di 0,33 C, 0,5 C e 1 C.La dimensione della batteria è 240 mm * 150 mm * 14 mm.(calcolato in base alla tensione nominale di 3,65 V, la sua energia volume specifica è di circa 290 Wh/L, che è ancora relativamente bassa)
I cambiamenti di tensione, temperatura e resistenza interna durante il processo di sovraccarico sono mostrati nella Figura 1. Può essere suddiviso approssimativamente in quattro fasi:
La prima fase: 1
La seconda fase: 1.2
La terza fase: 1.4
Il quarto stadio: SOC> 1.6, la pressione interna della batteria supera il limite, l'involucro si rompe, il diaframma si restringe e si deforma e la batteria si allontana termicamente.Si verifica un cortocircuito all'interno della batteria, una grande quantità di energia viene rilasciata rapidamente e la temperatura della batteria sale bruscamente a 780°C.
Il calore generato durante il processo di sovraccarico include: calore entropico reversibile, calore Joule, calore di reazione chimica e calore rilasciato dal cortocircuito interno.Il calore della reazione chimica include il calore rilasciato dalla dissoluzione di Mn, la reazione del litio metallico con l'elettrolita, l'ossidazione dell'elettrolita, la decomposizione del film SEI, la decomposizione dell'elettrodo negativo e la decomposizione dell'elettrodo positivo (NCM111 e LMO).La tabella 1 mostra la variazione di entalpia e l'energia di attivazione di ciascuna reazione.(Questo articolo ignora le reazioni collaterali dei leganti)
La figura 3 è un confronto della velocità di generazione del calore durante il sovraccarico con diverse correnti di carica.Dalla figura 3 si possono trarre le seguenti conclusioni:
1) All'aumentare della corrente di carica, il tempo di instabilità termica avanza.
2) La produzione di calore durante il sovraccarico è dominata dal calore Joule.SOC<1.2, la produzione totale di calore è sostanzialmente uguale al calore Joule.
3) Nella seconda fase (1
4) SOC>1.45, il calore rilasciato dalla reazione del litio metallico e dell'elettrolita supererà il calore Joule.
5) Quando SOC>1.6, inizia la reazione di decomposizione tra il film SEI e l'elettrodo negativo, la velocità di produzione di calore della reazione di ossidazione dell'elettrolita aumenta bruscamente e la velocità di produzione di calore totale raggiunge il valore di picco.(Le descrizioni in 4 e 5 nella letteratura sono alquanto incoerenti con le immagini, e le immagini qui prevalgono e sono state adattate.)
6) Durante il processo di sovraccarico, la reazione del litio metallico con l'elettrolita e l'ossidazione dell'elettrolita sono le reazioni principali.
Attraverso l'analisi di cui sopra, il potenziale di ossidazione dell'elettrolita, la capacità dell'elettrodo negativo e la temperatura iniziale della fuga termica sono i tre parametri chiave per il sovraccarico.L'immagine 4 mostra l'impatto di tre parametri chiave sulle prestazioni di sovraccarico.Si può vedere che l'aumento del potenziale di ossidazione dell'elettrolita può migliorare notevolmente le prestazioni di sovraccarico della batteria, mentre la capacità dell'elettrodo negativo ha scarso effetto sulle prestazioni di sovraccarico.(In altre parole, l'elettrolito ad alta tensione aiuta a migliorare le prestazioni di sovraccarico della batteria e l'aumento del rapporto N/P ha scarso effetto sulle prestazioni di sovraccarico della batteria.)
Riferimenti
D.Ren et al.Giornale delle fonti di energia 364 (2017) 328-340
Tempo di pubblicazione: 15 dicembre 2022