Šiame darbe 40Ah maišelio akumuliatoriaus su teigiamu elektrodu NCM111+LMO perkrovimas tiriamas atliekant eksperimentus ir modeliavimą.Perkrovimo srovės yra atitinkamai 0,33 C, 0,5 C ir 1 C.Baterijos dydis yra 240 mm * 150 mm * 14 mm.(skaičiuojant pagal 3,65 V vardinę įtampą, jo tūrinė savitoji energija yra apie 290 Wh/L, o tai dar santykinai mažai)
Įtampos, temperatūros ir vidinės varžos pokyčiai perkrovimo proceso metu parodyti 1 paveiksle. Jį galima grubiai suskirstyti į keturis etapus:
Pirmas etapas: 1
Antrasis etapas: 1.2
Trečiasis etapas: 1.4
Ketvirtas etapas: SOC>1,6, akumuliatoriaus vidinis slėgis viršija ribą, korpusas plyšta, diafragma susitraukia ir deformuojasi, akumuliatoriaus terminis bėgimas.Akumuliatoriaus viduje įvyksta trumpasis jungimas, greitai išsiskiria didelis energijos kiekis, o akumuliatoriaus temperatūra smarkiai pakyla iki 780°C.
Perkaitimo proceso metu susidariusią šilumą sudaro: grįžtamosios entropijos šiluma, džaulio šiluma, cheminės reakcijos šiluma ir šiluma, išsiskirianti dėl vidinio trumpojo jungimo.Cheminės reakcijos šiluma apima šilumą, išsiskiriančią tirpstant Mn, metalo ličio reakciją su elektrolitu, elektrolito oksidaciją, SEI plėvelės skilimą, neigiamo elektrodo irimą ir teigiamo elektrodo skilimą. (NCM111 ir LMO).1 lentelėje parodytas kiekvienos reakcijos entalpijos pokytis ir aktyvacijos energija.(Šiame straipsnyje nepaisoma šalutinių rišiklių reakcijos)
3 paveiksle parodytas šilumos susidarymo greičio palyginimas perkrovimo metu esant skirtingoms įkrovimo srovėms.Iš 3 paveikslėlio galima padaryti tokias išvadas:
1) Didėjant įkrovimo srovei, terminis pabėgimo laikas ilgėja.
2) Šilumos gamyboje perkrovimo metu dominuoja Džaulio šiluma.SOC<1,2, bendra šilumos gamyba iš esmės yra lygi Džaulio šilumai.
3) Antrame etape (1
4) SOC>1,45, metalo ličio ir elektrolito reakcijos metu išsiskirianti šiluma viršys Džaulio šilumą.
5) Kai SOC>1,6, prasideda skilimo reakcija tarp SEI plėvelės ir neigiamo elektrodo, elektrolito oksidacijos reakcijos šilumos gamybos greitis smarkiai padidėja, o bendras šilumos gamybos greitis pasiekia didžiausią vertę.(Literatūros 4 ir 5 aprašymai šiek tiek nesutampa su paveikslėliais, čia pateikti paveikslėliai turi viršenybę ir buvo pakoreguoti.)
6) Perkrovimo proceso metu pagrindinės reakcijos yra metalo ličio reakcija su elektrolitu ir elektrolito oksidacija.
Remiantis pirmiau pateikta analize, trys pagrindiniai perkrovimo parametrai yra elektrolito oksidacijos potencialas, neigiamo elektrodo talpa ir terminio nutekėjimo pradžios temperatūra.4 paveiksle parodyta trijų pagrindinių parametrų įtaka perkrovimo našumui.Galima pastebėti, kad elektrolito oksidacijos potencialo padidėjimas gali labai pagerinti akumuliatoriaus perkrovimo našumą, o neigiamo elektrodo talpa turi mažai įtakos perkrovimo našumui.(Kitaip tariant, aukštos įtampos elektrolitas padeda pagerinti akumuliatoriaus perkrovimo našumą, o N/P santykio padidinimas turi mažai įtakos akumuliatoriaus perkrovimo našumui.)
Nuorodos
D. Ren ir kt.Energijos šaltinių žurnalas 364(2017) 328-340
Paskelbimo laikas: 2022-12-15