Šajā rakstā ar eksperimentu un simulāciju palīdzību tiek pētīta 40Ah maisiņa akumulatora ar pozitīvu elektrodu NCM111+LMO pārlādēšanas veiktspēja.Pārlādes strāvas ir attiecīgi 0,33C, 0,5C un 1C.Akumulatora izmērs ir 240 mm * 150 mm * 14 mm.(rēķinot pēc nominālā sprieguma 3,65 V, tā tilpuma īpatnējā enerģija ir aptuveni 290 Wh/L, kas joprojām ir salīdzinoši zems)
Sprieguma, temperatūras un iekšējās pretestības izmaiņas pārlādēšanas procesa laikā ir parādītas 1. attēlā. To var aptuveni iedalīt četros posmos:
Pirmais posms: 1
Otrais posms: 1.2
Trešais posms: 1.4
Ceturtais posms: SOC>1,6, akumulatora iekšējais spiediens pārsniedz robežu, apvalks plīst, diafragma saraujas un deformējas, un akumulatora termiski izplūst.Akumulatora iekšpusē notiek īssavienojums, ātri izdalās liels enerģijas daudzums, un akumulatora temperatūra strauji paaugstinās līdz 780°C.
Siltums, kas rodas pārlādēšanas procesā, ietver: atgriezenisko entropijas siltumu, džoula siltumu, ķīmiskās reakcijas siltumu un siltumu, ko izdala iekšējais īssavienojums.Ķīmiskās reakcijas siltums ietver siltumu, kas izdalās, šķīstot Mn, metāla litija reakciju ar elektrolītu, elektrolīta oksidēšanu, SEI plēves sadalīšanos, negatīvā elektroda sadalīšanos un pozitīvā elektroda sadalīšanos. (NCM111 un LMO).1. tabulā parādītas katras reakcijas entalpijas izmaiņas un aktivācijas enerģija.(Šajā rakstā ir ignorētas saistvielu blakusparādības)
3. attēlā ir salīdzinājums siltuma veidošanās ātrumam pārlādēšanas laikā ar dažādām uzlādes strāvām.No 3. attēla var izdarīt šādus secinājumus:
1) Palielinoties lādēšanas strāvai, termiskais palaišanas laiks palielinās.
2) Siltuma ražošanā pārlādēšanas laikā dominē Džoula siltums.SOC<1,2, kopējā siltuma produkcija būtībā ir vienāda ar Džoula siltumu.
3) Otrajā posmā (1
4) SOC>1,45, metālu litija un elektrolīta reakcijas rezultātā izdalītais siltums pārsniegs džoula siltumu.
5) Ja SOC>1,6, sākas sadalīšanās reakcija starp SEI plēvi un negatīvo elektrodu, elektrolīta oksidācijas reakcijas siltuma ražošanas ātrums strauji palielinās, un kopējais siltuma ražošanas ātrums sasniedz maksimālo vērtību.(Literatūrā sniegtie 4. un 5. apraksti nedaudz neatbilst attēliem, un šeit redzamie attēli ir noteicošie un ir pielāgoti.)
6) Pārlādes procesā galvenās reakcijas ir metāla litija reakcija ar elektrolītu un elektrolīta oksidēšanās.
Izmantojot iepriekš minēto analīzi, trīs galvenie pārlādēšanas parametri ir elektrolīta oksidācijas potenciāls, negatīvā elektroda kapacitāte un termiskās izplūdes sākuma temperatūra.4. attēlā parādīta trīs galveno parametru ietekme uz pārmaksas veiktspēju.Var redzēt, ka elektrolīta oksidācijas potenciāla palielināšanās var ievērojami uzlabot akumulatora pārlādēšanas veiktspēju, savukārt negatīvā elektroda jauda maz ietekmē pārlādēšanas veiktspēju.(Citiem vārdiem sakot, augstsprieguma elektrolīts palīdz uzlabot akumulatora pārlādēšanas veiktspēju, un N/P attiecības palielināšana maz ietekmē akumulatora pārlādēšanas veiktspēju.)
Atsauces
D. Ren et al.Barošanas avotu žurnāls, 364 (2017) 328-340
Izlikšanas laiks: 15. decembris 2022