Bu yazıda, pozitif elektrotlu NCM111+LMO'ya sahip 40Ah'lik bir kese pilin aşırı şarj performansı, deneyler ve simülasyonlar aracılığıyla incelenmiştir.Aşırı şarj akımları sırasıyla 0,33C, 0,5C ve 1C'dir.Pil boyutu 240mm * 150mm * 14mm'dir.(3.65V nominal gerilime göre hesaplanmıştır, hacme özgü enerjisi yaklaşık 290Wh/L'dir ve bu hala nispeten düşüktür)
Aşırı şarj işlemi sırasındaki voltaj, sıcaklık ve iç direnç değişiklikleri Resim 1'de gösterilmektedir. Kabaca dört aşamaya ayrılabilir:
İlk aşama: 1
İkinci aşama: 1.2
Üçüncü aşama: 1.4
Dördüncü aşama: SOC>1.6, pilin iç basıncı limiti aşar, kasa yırtılır, diyafram büzülür ve deforme olur ve pil termal kaçak yapar.Pilin içinde bir kısa devre meydana gelir, büyük miktarda enerji hızla açığa çıkar ve pilin sıcaklığı keskin bir şekilde 780°C'ye yükselir.
Aşırı şarj işlemi sırasında üretilen ısı şunları içerir: tersinir entropi ısısı, Joule ısısı, kimyasal reaksiyon ısısı ve dahili kısa devre tarafından salınan ısı.Kimyasal reaksiyon ısısı, Mn'nin çözünmesiyle açığa çıkan ısıyı, metal lityumun elektrolitle reaksiyonunu, elektrolitin oksidasyonunu, SEI filminin ayrışmasını, negatif elektrotun ayrışmasını ve pozitif elektrotun ayrışmasını içerir. (NCM111 ve LMO).Tablo 1, her reaksiyonun entalpi değişimini ve aktivasyon enerjisini gösterir.(Bu makale, bağlayıcıların yan reaksiyonlarını dikkate almamaktadır)
Resim 3, farklı şarj akımlarıyla aşırı şarj sırasındaki ısı üretim oranının bir karşılaştırmasıdır.Resim 3'ten aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:
1) Şarj akımı arttıkça termal kaçak süresi ilerler.
2) Aşırı şarj sırasında ısı üretimine Joule ısısı hakimdir.SOC<1.2, toplam ısı üretimi temel olarak Joule ısısına eşittir.
3) İkinci aşamada (1
4) SOC>1.45, metal lityum ve elektrolitin reaksiyonuyla açığa çıkan ısı Joule ısısını aşacaktır.
5) SOC>1.6 olduğunda, SEI filmi ile negatif elektrot arasındaki ayrışma reaksiyonu başlar, elektrolit oksidasyon reaksiyonunun ısı üretim hızı keskin bir şekilde artar ve toplam ısı üretim hızı tepe değerine ulaşır.(Literatürdeki 4 ve 5'teki açıklamalar resimlerle biraz tutarsız olup, buradaki resimler geçerli olacak ve düzeltilecektir.)
6) Aşırı şarj işlemi sırasında metal lityumun elektrolit ile reaksiyonu ve elektrolitin oksidasyonu ana reaksiyonlardır.
Yukarıdaki analiz sayesinde, elektrolitin oksidasyon potansiyeli, negatif elektrotun kapasitesi ve termal kaçak başlangıç sıcaklığı, aşırı şarj için üç temel parametredir.Resim 4, üç temel parametrenin aşırı şarj performansı üzerindeki etkisini göstermektedir.Elektrolitin oksidasyon potansiyelindeki artışın pilin aşırı şarj performansını büyük ölçüde artırabileceği, negatif elektrot kapasitesinin ise aşırı şarj performansı üzerinde çok az etkisi olduğu görülebilir.(Başka bir deyişle, yüksek voltajlı elektrolit, pilin aşırı şarj performansını iyileştirmeye yardımcı olur ve N/P oranını artırmanın pilin aşırı şarj performansı üzerinde çok az etkisi vardır.)
Referanslar
D.Ren ve ark.Güç Kaynakları Dergisi 364(2017) 328-340
Gönderim zamanı: Aralık-15-2022