Selles artiklis uuritakse katsete ja simulatsioonide abil positiivse elektroodiga NCM111+LMO 40Ah kottiaku ülelaadimist.Ülelaadimisvoolud on vastavalt 0,33C, 0,5C ja 1C.Aku suurus on 240 mm * 150 mm * 14 mm.(arvutatud 3,65V nimipinge järgi on selle mahuspetsiifiline energia ca 290Wh/L, mis on siiski suhteliselt madal)
Pinge, temperatuuri ja sisetakistuse muutused ülelaadimisprotsessi ajal on näidatud pildil 1. Selle võib laias laastus jagada neljaks etapiks:
Esimene etapp: 1
Teine etapp: 1.2
Kolmas etapp: 1.4
Neljas etapp: SOC>1,6, aku siserõhk ületab piiri, korpus puruneb, membraan kahaneb ja deformeerub ning aku termiline jooksmine.Aku sees tekib lühis, eraldub kiiresti suur hulk energiat ja aku temperatuur tõuseb järsult 780°C-ni.
Ülelaadimisprotsessi käigus tekkiv soojus sisaldab: pöörduvat entroopiasoojust, džauli soojust, keemilise reaktsiooni soojust ja sisemisest lühisest vabanevat soojust.Keemilise reaktsiooni soojus hõlmab soojust, mis vabaneb Mn lahustumisel, metalli liitiumi reaktsioonil elektrolüüdiga, elektrolüüdi oksüdeerumist, SEI kile lagunemist, negatiivse elektroodi lagunemist ja positiivse elektroodi lagunemist. (NCM111 ja LMO).Tabelis 1 on näidatud iga reaktsiooni entalpia muutus ja aktiveerimisenergia.(See artikkel eirab sideainete kõrvalreaktsioone)
Pilt 3 on soojuse tekkekiiruse võrdlus ülelaadimisel erinevate laadimisvooludega.Pildilt 3 saab teha järgmised järeldused:
1) Laadimisvoolu suurenedes pikeneb termiline jooksmisaeg.
2) Soojuse tootmisel ülelaadimisel domineerib Joule'i soojus.SOC<1,2, soojuse kogutoodang on põhimõtteliselt võrdne Joule'i soojusega.
3) Teises etapis (1
4) SOC>1,45, metalli liitiumi ja elektrolüüdi reaktsioonil eralduv soojus ületab džauli soojust.
5) Kui SOC> 1,6, algab lagunemisreaktsioon SEI-kile ja negatiivse elektroodi vahel, suureneb elektrolüüdi oksüdatsioonireaktsiooni soojustootmise kiirus järsult ja soojuse kogutoodangu kiirus jõuab tippväärtuseni.(Kirjanduses punktides 4 ja 5 olevad kirjeldused on mõnevõrra vastuolus piltidega ning siinsed pildid on ülimuslikud ja neid on kohandatud.)
6) Ülelaadimisprotsessi ajal on peamised reaktsioonid metalli liitiumi reaktsioon elektrolüüdiga ja elektrolüüdi oksüdatsioon.
Ülaltoodud analüüsi põhjal on ülelaadimise kolm peamist parameetrit elektrolüüdi oksüdatsioonipotentsiaal, negatiivse elektroodi võimsus ja termilise jooksmise algustemperatuur.Pilt 4 näitab kolme peamise parameetri mõju ülelaadimisvõimele.On näha, et elektrolüüdi oksüdatsioonipotentsiaali suurenemine võib oluliselt parandada aku ülelaadimist, samas kui negatiivse elektroodi mahutavus mõjutab ülelaadimist vähe.(Teisisõnu aitab kõrgepinge elektrolüüt parandada aku ülelaadimist ja N/P suhte suurendamine mõjutab aku ülelaadimist vähe.)
Viited
D. Ren et al.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Postitusaeg: 15. detsember 2022