Tässä artikkelissa tutkitaan positiivisella elektrodilla NCM111+LMO varustetun 40Ah pussiakun ylilatauskykyä kokeiden ja simulaatioiden avulla.Ylilatausvirrat ovat 0,33 C, 0,5 C ja 1 C.Akun koko on 240mm * 150mm * 14mm.(3,65 V:n nimellisjännitteen mukaan laskettuna sen tilavuuskohtainen energia on noin 290Wh/L, mikä on vielä suhteellisen alhainen)
Jännitteen, lämpötilan ja sisäisen resistanssin muutokset ylilatausprosessin aikana on esitetty kuvassa 1. Se voidaan jakaa karkeasti neljään vaiheeseen:
Ensimmäinen vaihe: 1
Toinen vaihe: 1.2
Kolmas vaihe: 1.4
Neljäs vaihe: SOC>1,6, akun sisäinen paine ylittää rajan, kotelo repeytyy, kalvo kutistuu ja muotoutuu ja akun lämpö karkaa.Akun sisällä tapahtuu oikosulku, suuri määrä energiaa vapautuu nopeasti ja akun lämpötila nousee jyrkästi 780°C:een.
Ylilatausprosessin aikana syntyvää lämpöä ovat: palautuva entropialämpö, joulen lämpö, kemiallisen reaktion lämpö ja sisäisestä oikosulusta vapautuva lämpö.Kemiallisen reaktion lämpö sisältää Mn:n liukenemisesta vapautuvan lämmön, metallilitiumin reaktion elektrolyytin kanssa, elektrolyytin hapettumisen, SEI-kalvon hajoamisen, negatiivisen elektrodin hajoamisen ja positiivisen elektrodin hajoamisen (NCM111 ja LMO).Taulukossa 1 on esitetty kunkin reaktion entalpian muutos ja aktivaatioenergia.(Tämä artikkeli jättää huomiotta sideaineiden sivureaktiot)
Kuvassa 3 on vertailu lämmöntuottonopeudesta ylilatauksen aikana eri latausvirroilla.Kuvasta 3 voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset:
1) Kun latausvirta kasvaa, terminen poistumisaika pitenee.
2) Ylilatauksen aikana tapahtuvaa lämmöntuotantoa hallitsee joulen lämpö.SOC<1,2, kokonaislämmöntuotanto on periaatteessa yhtä suuri kuin Joulen lämpö.
3) Toisessa vaiheessa (1
4) SOC>1,45, metallilitiumin ja elektrolyytin reaktiosta vapautuva lämpö ylittää joulen lämmön.
5) Kun SOC>1,6, SEI-kalvon ja negatiivisen elektrodin välinen hajoamisreaktio alkaa, elektrolyytin hapetusreaktion lämmöntuotannon nopeus kasvaa jyrkästi ja lämmön kokonaistuotantonopeus saavuttaa huippuarvon.(Kirjallisuudessa olevat kuvaukset kohdissa 4 ja 5 ovat jossain määrin ristiriidassa kuvien kanssa, ja tässä olevat kuvat ovat ensisijaisia ja niitä on muokattu.)
6) Ylilatausprosessin aikana metallilitiumin reaktio elektrolyytin kanssa ja elektrolyytin hapettuminen ovat pääreaktiot.
Yllä olevan analyysin perusteella elektrolyytin hapettumispotentiaali, negatiivisen elektrodin kapasiteetti ja lämpökarkaamisen alkamislämpötila ovat kolme ylilatauksen pääparametria.Kuvassa 4 näkyy kolmen avainparametrin vaikutus ylilataussuorituskykyyn.Voidaan nähdä, että elektrolyytin hapetuspotentiaalin kasvu voi parantaa suuresti akun ylilatauskykyä, kun taas negatiivisen elektrodin kapasiteetilla on vain vähän vaikutusta ylilataussuorituskykyyn.(Toisin sanoen korkeajänniteelektrolyytti auttaa parantamaan akun ylilatauskykyä, ja N/P-suhteen lisäämisellä on vain vähän vaikutusta akun ylilataussuorituskykyyn.)
Viitteet
D. Ren et ai.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
Postitusaika: 15.12.2022