במאמר זה, ביצועי טעינת היתר של סוללת שקית של 40Ah עם אלקטרודה חיובית NCM111+LMO נחקרים באמצעות ניסויים וסימולציות.זרמי טעינת היתר הם 0.33C, 0.5C ו-1C, בהתאמה.גודל הסוללה הוא 240 מ"מ * 150 מ"מ * 14 מ"מ.(מחושב לפי המתח הנקוב של 3.65V, האנרגיה הספציפית לנפח שלו היא בערך 290Wh/L, וזה עדיין נמוך יחסית)
שינויי המתח, הטמפרטורה וההתנגדות הפנימית במהלך תהליך טעינת היתר מוצגים בתמונה 1. ניתן לחלק אותו באופן גס לארבעה שלבים:
השלב הראשון: 1
השלב השני: 1.2
השלב השלישי: 1.4
השלב הרביעי: SOC>1.6, הלחץ הפנימי של הסוללה חורג מהמגבלה, המעטפת נקרעת, הדיאפרגמה מתכווצת ומתעוותת והסוללה בורחת תרמית.נוצר קצר חשמלי בתוך הסוללה, כמות גדולה של אנרגיה משתחררת במהירות, וטמפרטורת הסוללה עולה בחדות ל-780 מעלות צלזיוס.
החום שנוצר במהלך תהליך טעינת היתר כולל: חום אנטרופיה הפיך, חום ג'ול, חום תגובה כימית וחום המשתחרר מקצר פנימי.חום התגובה הכימית כולל את החום המשתחרר מהתמוססות של Mn, התגובה של ליתיום מתכת עם האלקטרוליט, חמצון האלקטרוליט, פירוק הסרט SEI, פירוק האלקטרודה השלילית ופירוק האלקטרודה החיובית. (NCM111 ו-LMO).טבלה 1 מציגה את שינוי האנתלפיה ואת אנרגיית ההפעלה של כל תגובה.(מאמר זה מתעלם מתגובות לוואי של קלסרים)
תמונה 3 היא השוואה של קצב ייצור החום במהלך טעינת יתר עם זרמי טעינה שונים.ניתן להסיק את המסקנות הבאות מתמונה 3:
1) ככל שזרם הטעינה גדל, זמן הבריחה התרמית מתקדם.
2) ייצור החום במהלך טעינת יתר נשלט על ידי חום ג'ול.SOC<1.2, ייצור החום הכולל שווה בעצם לחום ג'ול.
3) בשלב השני (1
4) SOC>1.45, החום המשתחרר מהתגובה של מתכת ליתיום ואלקטרוליט יעלה על חום ג'ול.
5) כאשר SOC>1.6, תגובת הפירוק בין סרט SEI לאלקטרודה שלילית מתחילה, קצב ייצור החום של תגובת חמצון האלקטרוליטים עולה בחדות, וקצב ייצור החום הכולל מגיע לערך השיא.(התיאורים ב-4 ו-5 בספרות אינם עולים בקנה אחד עם התמונות, והתמונות כאן יגבר והותאמו).
6) במהלך תהליך טעינת יתר, התגובה של ליתיום מתכת עם האלקטרוליט וחמצון האלקטרוליט הן התגובות העיקריות.
באמצעות הניתוח לעיל, פוטנציאל החמצון של האלקטרוליט, קיבולת האלקטרודה השלילית וטמפרטורת ההתחלה של בריחת תרמית הם שלושת הפרמטרים המרכזיים לטעינת יתר.תמונה 4 מציגה את ההשפעה של שלושה פרמטרים מרכזיים על ביצועי טעינת יתר.ניתן לראות שהעלייה בפוטנציאל החמצון של האלקטרוליט יכולה לשפר מאוד את ביצועי טעינת היתר של הסוללה, בעוד שלקיבולת האלקטרודה השלילית יש השפעה מועטה על ביצועי טעינת היתר.(במילים אחרות, האלקטרוליט במתח גבוה עוזר לשפר את ביצועי טעינת היתר של הסוללה, ולהגדלת יחס ה-N/P יש השפעה מועטה על ביצועי טעינת היתר של הסוללה.)
הפניות
ד רן ואח'.Journal of Power Sources 364(2017) 328-340
זמן פרסום: 15 בדצמבר 2022