В этой статье с помощью экспериментов и моделирования изучается характеристика перезарядки аккумуляторной батареи емкостью 40 Ач с положительным электродом NCM111+LMO.Токи перезарядки составляют 0,33C, 0,5C и 1C соответственно.Размер батареи 240мм * 150мм * 14мм.(рассчитано на номинальное напряжение 3,65 В, объемная удельная энергия составляет около 290 Втч/л, что все еще относительно мало)
Изменения напряжения, температуры и внутреннего сопротивления в процессе перезарядки показаны на рисунке 1. Его можно условно разделить на четыре этапа:
Первый этап: 1
Второй этап: 1,2
Третий этап: 1,4
Четвертая стадия: SOC>1,6, внутреннее давление батареи превышает допустимое, происходит разрыв корпуса, усадка и деформация диафрагмы, тепловой разгон батареи.Внутри батареи происходит короткое замыкание, быстро выделяется большое количество энергии, температура батареи резко возрастает до 780°С.
Тепло, выделяемое в процессе перезарядки, включает: обратимое энтропийное тепло, тепло Джоуля, тепло химической реакции и тепло, выделяющееся при внутреннем коротком замыкании.Теплота химической реакции включает теплоту, выделяющуюся при растворении Mn, реакции металлического лития с электролитом, окислении электролита, разложении пленки SEI, разложении отрицательного электрода и разложении положительного электрода. (NCM111 и ЖИО).В таблице 1 показано изменение энтальпии и энергии активации каждой реакции.(В этой статье побочные реакции связующих игнорируются)
Рисунок 3 представляет собой сравнение скорости тепловыделения при перезаряде с разными зарядными токами.Из рисунка 3 можно сделать следующие выводы:
1) По мере увеличения зарядного тока время теплового разгона увеличивается.
2) В производстве тепла при перезарядке преобладает тепло Джоуля.SOC<1,2, общее производство тепла в основном равно джоулеву теплу.
3) На втором этапе (1
4) SOC>1,45, теплота, выделяющаяся при реакции металлического лития и электролита, будет превышать джоулеву теплоту.
5) Когда SOC>1,6, начинается реакция разложения между пленкой SEI и отрицательным электродом, скорость выделения тепла реакции окисления электролита резко возрастает, а общая скорость выделения тепла достигает пикового значения.(Описания в 4 и 5 в литературе несколько не соответствуют изображениям, и изображения здесь имеют преимущественную силу и были скорректированы.)
6) В процессе перезарядки основными реакциями являются реакция металлического лития с электролитом и окисление электролита.
Согласно приведенному выше анализу, окислительный потенциал электролита, емкость отрицательного электрода и начальная температура теплового разгона являются тремя ключевыми параметрами перезарядки.На рисунке 4 показано влияние трех ключевых параметров на характеристики перезарядки.Можно видеть, что увеличение окислительного потенциала электролита может значительно улучшить характеристики перезарядки батареи, в то время как емкость отрицательного электрода мало влияет на характеристики перезарядки.(Другими словами, высоковольтный электролит помогает улучшить характеристики перезарядки батареи, а увеличение отношения N/P мало влияет на характеристики перезарядки батареи.)
Рекомендации
Д. Рен и соавт.Журнал источников питания 364 (2017) 328-340
Время публикации: 15 декабря 2022 г.