У цій статті за допомогою експериментів і моделювання досліджено ефективність перезарядки мішкової батареї ємністю 40 Ач з позитивним електродом NCM111+LMO.Струми перезаряду 0,33C, 0,5C і 1C відповідно.Розмір акумулятора 240 мм * 150 мм * 14 мм.(розраховане відповідно до номінальної напруги 3,65 В, питома об’ємна енергія становить близько 290 Вт·год/л, що все ще є відносно низьким)
Зміни напруги, температури та внутрішнього опору під час процесу перезаряду показано на малюнку 1. Його можна приблизно розділити на чотири етапи:
Перший етап: 1
Другий етап: 1.2
Третій етап: 1.4
Четверта стадія: SOC>1,6, внутрішній тиск батареї перевищує ліміт, корпус розривається, діафрагма стискається та деформується, а батарея розбігається.Всередині батареї виникає коротке замикання, швидко виділяється велика кількість енергії, і температура батареї різко підвищується до 780°C.
Тепло, що утворюється під час процесу перезарядження, включає: тепло оборотної ентропії, тепло Джоуля, тепло хімічної реакції та тепло, що виділяється внаслідок внутрішнього короткого замикання.Теплота хімічної реакції включає тепло, що виділяється при розчиненні Mn, реакції металевого літію з електролітом, окисленні електроліту, розкладанні плівки SEI, розкладанні негативного електрода та розкладанні позитивного електрода. (NCM111 і LMO).У таблиці 1 показано зміну ентальпії та енергію активації кожної реакції.(Ця стаття ігнорує побічні реакції сполучних)
На малюнку 3 представлено порівняння швидкості виділення тепла під час перезаряду з різними струмами заряду.З малюнка 3 можна зробити такі висновки:
1) Зі збільшенням зарядного струму час термічного вибігу збільшується.
2) У виробництві тепла під час перезарядження домінує тепло Джоуля.SOC<1,2, загальне виробництво тепла в основному дорівнює теплу Джоуля.
3) На другому етапі (1
4) SOC>1,45, теплота, що виділяється при реакції металевого літію та електроліту, перевищить джоулеву теплоту.
5) Коли SOC>1,6, починається реакція розкладання між плівкою SEI та негативним електродом, швидкість виробництва тепла реакції окислення електроліту різко зростає, і загальна швидкість виробництва тепла досягає максимального значення.(Описи в літературі в пунктах 4 і 5 дещо не відповідають зображенням, тому зображення, наведені тут, матимуть переважну силу та були скориговані.)
6) Під час процесу перезарядки основними реакціями є реакція металевого літію з електролітом і окислення електроліту.
Згідно з наведеним вище аналізом, потенціал окислення електроліту, ємність негативного електрода та температура початку теплового розбігу є трьома ключовими параметрами для перезарядження.На малюнку 4 показано вплив трьох ключових параметрів на ефективність перезарядки.Можна побачити, що збільшення потенціалу окислення електроліту може значно покращити продуктивність перезаряду акумулятора, тоді як ємність негативного електрода мало впливає на продуктивність перезаряду.(Іншими словами, високовольтний електроліт допомагає покращити ефективність перезаряду батареї, а збільшення співвідношення N/P мало впливає на продуктивність перезарядки батареї.)
Список літератури
D. Ren та ін.Журнал джерел енергії 364 (2017) 328-340
Час публікації: 15 грудня 2022 р