ในบทความนี้ ศึกษาประสิทธิภาพการชาร์จเกินของแบตเตอรี่แบบกระเป๋าขนาด 40Ah ที่มีขั้วไฟฟ้าบวก NCM111+LMO ผ่านการทดลองและการจำลองกระแสไฟเกินคือ 0.33C, 0.5C และ 1C ตามลำดับขนาดแบตเตอรี่ 240mm * 150mm * 14mm.(คำนวณตามแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดที่ 3.65V พลังงานเฉพาะปริมาตรอยู่ที่ประมาณ 290Wh/L ซึ่งยังค่อนข้างต่ำ)
การเปลี่ยนแปลงของแรงดัน อุณหภูมิ และความต้านทานภายในระหว่างกระบวนการโอเวอร์ชาร์จแสดงในภาพที่ 1 สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นสี่ขั้นตอน:
ขั้นตอนแรก: 1
ขั้นตอนที่สอง: 1.2
ขั้นตอนที่สาม: 1.4
ขั้นตอนที่สี่: SOC > 1.6 แรงดันภายในของแบตเตอรี่เกินขีดจำกัด ปลอกแตก ไดอะแฟรมหดตัวและเปลี่ยนรูป และแบตเตอรี่ระบายความร้อนเกิดการลัดวงจรภายในแบตเตอรี่ พลังงานจำนวนมากถูกปลดปล่อยอย่างรวดเร็ว และอุณหภูมิของแบตเตอรี่พุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็วถึง 780°C
ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการโอเวอร์ชาร์จประกอบด้วย: ความร้อนเอนโทรปีแบบผันกลับได้ ความร้อนจูล ความร้อนจากปฏิกิริยาเคมี และความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการลัดวงจรภายในความร้อนของปฏิกิริยาเคมีรวมถึงความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการละลายของ Mn, ปฏิกิริยาของโลหะลิเธียมกับอิเล็กโทรไลต์, การเกิดออกซิเดชันของอิเล็กโทรไลต์, การสลายตัวของฟิล์ม SEI, การสลายตัวของขั้วลบและการสลายตัวของขั้วบวก (มคอ.111 และ ลมอ.).ตารางที่ 1 แสดงการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีและพลังงานกระตุ้นของแต่ละปฏิกิริยา(บทความนี้ละเว้นปฏิกิริยาข้างเคียงของสารยึดเกาะ)
ภาพที่ 3 เป็นการเปรียบเทียบอัตราการเกิดความร้อนระหว่างการโอเวอร์ชาร์จด้วยกระแสการชาร์จที่แตกต่างกันข้อสรุปต่อไปนี้สามารถสรุปได้จากภาพที่ 3:
1) เมื่อกระแสไฟชาร์จเพิ่มขึ้น เวลาระบายความร้อนจะเร็วขึ้น
2) การผลิตความร้อนระหว่างการอัดประจุมากเกินไปนั้นถูกครอบงำโดยความร้อนของจูลSOC <1.2 การผลิตความร้อนโดยรวมจะเท่ากับความร้อนของจูล
3) ในขั้นตอนที่สอง (1
4) SOC>1.45 ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาของโลหะลิเธียมและอิเล็กโทรไลต์จะเกินความร้อนของจูล
5) เมื่อ SOC>1.6 ปฏิกิริยาการสลายตัวระหว่างฟิล์ม SEI และขั้วลบเริ่มต้นขึ้น อัตราการผลิตความร้อนของปฏิกิริยาออกซิเดชันของอิเล็กโทรไลต์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และอัตราการผลิตความร้อนทั้งหมดจะถึงค่าสูงสุด(คำอธิบายในข้อ 4 และ 5 ในเอกสารค่อนข้างไม่สอดคล้องกับรูปภาพ ให้ถือรูปภาพเป็นหลักและได้รับการปรับปรุงแล้ว)
6) ในระหว่างกระบวนการโอเวอร์ชาร์จ ปฏิกิริยาของโลหะลิเธียมกับอิเล็กโทรไลต์และปฏิกิริยาออกซิเดชันของอิเล็กโทรไลต์เป็นปฏิกิริยาหลัก
จากการวิเคราะห์ข้างต้น ศักยภาพในการเกิดออกซิเดชันของอิเล็กโทรไลต์ ความจุของอิเล็กโทรดลบ และอุณหภูมิเริ่มต้นของเทอร์มอลรันอะเวย์เป็นตัวแปรหลักสามประการสำหรับการอัดประจุมากเกินไปภาพที่ 4 แสดงผลกระทบของพารามิเตอร์หลักสามตัวต่อประสิทธิภาพการชาร์จมากเกินไปจะเห็นได้ว่าการเพิ่มศักยภาพในการออกซิเดชันของอิเล็กโทรไลต์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไป ในขณะที่ความจุของอิเล็กโทรดเชิงลบมีผลเพียงเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพการชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไป(กล่าวอีกนัยหนึ่ง อิเล็กโทรไลต์แรงดันสูงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไป และการเพิ่มอัตราส่วน N/P มีผลเพียงเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพการชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไป)
อ้างอิง
D. Ren และคณะวารสารแหล่งพลังงาน 364(2017) 328-340
เวลาโพสต์: 15 ธ.ค.-2565