У овом раду се кроз експерименте и симулације проучава перформансе прекомерног пуњења батерије у врећици од 40 Аһ са позитивном електродом НЦМ111+ЛМО.Струје прекомерног пуњења су 0,33Ц, 0,5Ц и 1Ц, респективно.Величина батерије је 240мм * 150мм * 14мм.(израчунато према називном напону од 3,65В, његова запреминска специфична енергија је око 290Вһ/Л, што је још увек релативно мало)
Промене напона, температуре и унутрашњег отпора током процеса препуњавања приказане су на слици 1. Може се грубо поделити у четири фазе:
Прва фаза: 1
Друга фаза: 1.2
Трећа фаза: 1.4
Четврта фаза: СОЦ>1,6, унутрашњи притисак батерије прелази границу, кућиште пуца, дијафрагма се скупља и деформише, а батерија термички бежи.Унутар батерије долази до кратког споја, велика количина енергије се брзо ослобађа, а температура батерије нагло расте до 780°Ц.
Топлота настала током процеса препуњавања укључује: реверзибилну ентропијску топлоту, џулову топлоту, топлоту һемијске реакције и топлоту ослобођену унутрашњим кратким спојем.Топлота һемијске реакције укључује топлоту ослобођену растварањем Мн, реакцију металног литијума са електролитом, оксидацију електролита, разлагање СЕИ филма, разлагање негативне електроде и разлагање позитивне електроде (НЦМ111 и ЛМО).Табела 1 приказује промену енталпије и енергију активације сваке реакције.(Овај чланак игнорише нежељене реакције везива)
Слика 3 је поређење брзине стварања топлоте током препуњавања са различитим струјама пуњења.Из слике 3 могу се извући следећи закључци:
1) Како се струја пуњења повећава, време топлотног бекства напредује.
2) Производњом топлоте током препуњавања доминира џулова топлота.СОЦ<1,2, укупна производња топлоте је у основи једнака Јоуле топлоти.
3) У другој фази (1
4) СОЦ>1,45, топлота ослобођена реакцијом металног литијума и електролита ће премашити џулову топлоту.
5) Када СОЦ>1,6, почиње реакција разлагања између СЕИ филма и негативне електроде, брзина производње топлоте реакције оксидације електролита нагло се повећава, а укупна брзина производње топлоте достиже вршну вредност.(Описи у 4 и 5 у литератури су донекле у супротности са сликама, а слике овде ће преовладати и прилагођене су.)
6) Током процеса прекомерног пуњења, реакција металног литијума са електролитом и оксидација електролита су главне реакције.
Кроз горњу анализу, оксидациони потенцијал електролита, капацитет негативне електроде и почетна температура топлотног бекства су три кључна параметра за прекомерно пуњење.Слика 4 приказује утицај три кључна параметра на перформансе прекомерног пуњења.Може се видети да повећање оксидационог потенцијала електролита може у великој мери побољшати перформансе препуњавања батерије, док капацитет негативне електроде има мали утицај на перформансе препуњавања.(Другим речима, високонапонски електролит помаже да се побољшају перформансе препуњавања батерије, а повећање Н/П односа има мали утицај на перформансе препуњавања батерије.)
Референце
Д. Рен и др.Часопис за изворе енергије 364(2017) 328-340
Време поста: 15.12.2022