Trong bài báo này, hiệu suất sạc quá mức của pin dạng túi 40Ah với điện cực dương NCM111+LMO được nghiên cứu thông qua các thí nghiệm và mô phỏng.Dòng điện quá tải lần lượt là 0,33C, 0,5C và 1C.Kích thước pin là 240mm * 150mm * 14mm.(được tính theo điện áp định mức 3,65V, năng lượng riêng theo thể tích của nó là khoảng 290Wh/L, vẫn còn tương đối thấp)
Sự thay đổi điện áp, nhiệt độ và điện trở trong trong quá trình sạc quá mức được thể hiện trong Hình 1. Có thể tạm chia thành bốn giai đoạn:
Giai đoạn đầu tiên: 1
Giai đoạn thứ hai: 1.2
Giai đoạn thứ ba: 1.4
Giai đoạn thứ tư: SOC>1.6, áp suất bên trong của pin vượt quá giới hạn, vỏ bị vỡ, màng co lại và biến dạng, nhiệt của pin bị thoát ra ngoài.Hiện tượng đoản mạch xảy ra bên trong pin, một lượng lớn năng lượng được giải phóng nhanh chóng và nhiệt độ của pin tăng mạnh lên 780°C.
Nhiệt sinh ra trong quá trình nạp quá mức bao gồm: nhiệt entropy thuận nghịch, nhiệt Joule, nhiệt phản ứng hóa học và nhiệt giải phóng do ngắn mạch bên trong.Nhiệt của phản ứng hóa học bao gồm nhiệt tỏa ra khi hòa tan Mn, phản ứng của liti kim loại với chất điện phân, quá trình oxy hóa chất điện phân, sự phân hủy màng SEI, sự phân hủy của điện cực âm và sự phân hủy của điện cực dương (NCM111 và LMO).Bảng 1 cho thấy sự thay đổi entanpy và năng lượng kích hoạt của mỗi phản ứng.(Bài viết này bỏ qua phản ứng phụ của chất kết dính)
Hình 3 là hình so sánh tốc độ sinh nhiệt khi sạc quá mức với các dòng sạc khác nhau.Các kết luận sau đây có thể được rút ra từ Picture3:
1) Khi dòng điện sạc tăng lên, thời gian thoát nhiệt tăng lên.
2) Việc sản xuất nhiệt trong quá trình sạc quá mức bị chi phối bởi nhiệt Joule.SOC<1.2, tổng lượng nhiệt sinh ra về cơ bản bằng nhiệt Joule.
3) Trong giai đoạn thứ hai (1
4) SOC>1,45, nhiệt lượng tỏa ra từ phản ứng của lithium kim loại và chất điện phân sẽ vượt quá nhiệt lượng Joule.
5) Khi SOC>1.6, phản ứng phân hủy giữa màng SEI và điện cực âm bắt đầu, tốc độ sinh nhiệt của phản ứng oxy hóa chất điện phân tăng mạnh và tổng tốc độ sinh nhiệt đạt giá trị cực đại.(Mô tả ở mục 4 và 5 trong tài liệu hơi không phù hợp với hình ảnh, và hình ảnh ở đây sẽ chiếm ưu thế và đã được điều chỉnh.)
6) Trong quá trình sạc quá mức, phản ứng của lithium kim loại với chất điện phân và quá trình oxy hóa chất điện phân là những phản ứng chính.
Thông qua phân tích trên, khả năng oxy hóa của chất điện phân, công suất của điện cực âm và nhiệt độ bắt đầu của quá trình thoát nhiệt là ba thông số chính để sạc quá mức.Hình 4 cho thấy tác động của ba tham số chính đối với hiệu suất nạp quá mức.Có thể thấy rằng việc tăng khả năng oxy hóa của chất điện phân có thể cải thiện đáng kể hiệu suất sạc quá mức của pin, trong khi công suất của điện cực âm ít ảnh hưởng đến hiệu suất sạc quá mức.(Nói cách khác, chất điện phân điện áp cao giúp cải thiện hiệu suất sạc quá mức của pin và việc tăng tỷ lệ N/P ít ảnh hưởng đến hiệu suất sạc quá mức của pin.)
Người giới thiệu
D. Ren và cộng sự.Tạp chí Nguồn điện 364(2017) 328-340
Thời gian đăng bài: 15-Dec-2022