Neste trabalho, o desempenho de sobrecarga de uma bateria tipo bolsa de 40Ah com eletrodo positivo NCM111+LMO é estudado através de experimentos e simulações.As correntes de sobrecarga são 0,33C, 0,5C e 1C, respectivamente.O tamanho da bateria é de 240 mm * 150 mm * 14 mm.(calculado de acordo com a tensão nominal de 3,65V, sua energia específica de volume é de cerca de 290Wh/L, que ainda é relativamente baixa)
As mudanças de tensão, temperatura e resistência interna durante o processo de sobrecarga são mostradas na Figura 1. Pode ser dividida em quatro etapas:
A primeira fase: 1
A segunda etapa: 1.2
A terceira etapa: 1.4
O quarto estágio: SOC>1.6, a pressão interna da bateria excede o limite, o invólucro se rompe, o diafragma encolhe e deforma e a bateria descontrola-se termicamente.Ocorre um curto-circuito dentro da bateria, uma grande quantidade de energia é liberada rapidamente e a temperatura da bateria sobe bruscamente para 780°C.
O calor gerado durante o processo de sobrecarga inclui: calor de entropia reversível, calor Joule, calor de reação química e calor liberado por curto-circuito interno.O calor da reação química inclui o calor liberado pela dissolução do Mn, a reação do metal lítio com o eletrólito, a oxidação do eletrólito, a decomposição do filme SEI, a decomposição do eletrodo negativo e a decomposição do eletrodo positivo (NCM111 e LMO).A Tabela 1 mostra a variação de entalpia e a energia de ativação de cada reação.(Este artigo ignora as reações colaterais dos aglutinantes)
A Figura 3 é uma comparação da taxa de geração de calor durante a sobrecarga com diferentes correntes de carga.As seguintes conclusões podem ser tiradas da Figura 3:
1) À medida que a corrente de carga aumenta, o tempo de fuga térmica avança.
2) A produção de calor durante a sobrecarga é dominada pelo calor Joule.SOC<1,2, a produção total de calor é basicamente igual ao calor Joule.
3) Na segunda etapa (1
4) SOC>1,45, o calor liberado pela reação do metal lítio e eletrólito excederá o calor Joule.
5) Quando SOC>1,6, a reação de decomposição entre o filme SEI e o eletrodo negativo começa, a taxa de produção de calor da reação de oxidação do eletrólito aumenta acentuadamente e a taxa total de produção de calor atinge o valor de pico.(As descrições em 4 e 5 na literatura são um tanto inconsistentes com as fotos, e as fotos aqui devem prevalecer e foram ajustadas.)
6) Durante o processo de sobrecarga, a reação do metal lítio com o eletrólito e a oxidação do eletrólito são as principais reações.
Por meio da análise acima, o potencial de oxidação do eletrólito, a capacidade do eletrodo negativo e a temperatura de início da fuga térmica são os três parâmetros principais para sobrecarga.A Figura 4 mostra o impacto de três parâmetros principais no desempenho de sobrecarga.Pode-se observar que o aumento do potencial de oxidação do eletrólito pode melhorar muito o desempenho de sobrecarga da bateria, enquanto a capacidade do eletrodo negativo tem pouco efeito sobre o desempenho de sobrecarga.(Em outras palavras, o eletrólito de alta voltagem ajuda a melhorar o desempenho de sobrecarga da bateria e aumentar a relação N/P tem pouco efeito no desempenho de sobrecarga da bateria.)
Referências
D. Ren et ai.Journal of Power Sources 364 (2017) 328-340
Horário da postagem: 15 de dezembro de 2022