Լիթիումի մարտկոցի գերլիցքավորման մեխանիզմ և լիցքավորման դեմ միջոցներ (2)

Այս հոդվածում փորձարկումների և սիմուլյացիաների միջոցով ուսումնասիրվում է դրական էլեկտրոդով NCM111+LMO 40Ah քսակ մարտկոցի գերլիցքավորման գործունակությունը:Գերլիցքավորման հոսանքները համապատասխանաբար 0,33C, 0,5C և 1C են:Մարտկոցի չափը 240 մմ * 150 մմ * 14 մմ է:(հաշվարկված ըստ անվանական լարման 3,65 Վ, դրա ծավալային տեսակարար էներգիան կազմում է մոտ 290 Վտժ/լ, որը դեռ համեմատաբար ցածր է)

Լարման, ջերմաստիճանի և ներքին դիմադրության փոփոխությունները գերլիցքավորման գործընթացում ներկայացված են Նկար 1-ում: Այն կարելի է մոտավորապես բաժանել չորս փուլերի.

Առաջին փուլ՝ 1

Երկրորդ փուլ՝ 1.2

Երրորդ փուլ՝ 1.4

Չորրորդ փուլ՝ SOC>1.6, մարտկոցի ներքին ճնշումը գերազանցում է սահմանը, պատյանը պատռվում է, դիֆրագմը փոքրանում և դեֆորմացվում է, իսկ մարտկոցի ջերմային փախուստը:Մարտկոցի ներսում տեղի է ունենում կարճ միացում, մեծ քանակությամբ էներգիա արագորեն արտազատվում է, և մարտկոցի ջերմաստիճանը կտրուկ բարձրանում է մինչև 780°C։

Գերլիցքավորման գործընթացում առաջացած ջերմությունը ներառում է` շրջելի էնտրոպիայի ջերմություն, Ջուլի ջերմություն, քիմիական ռեակցիայի ջերմություն և ներքին կարճ միացումից արտազատվող ջերմություն:Քիմիական ռեակցիայի ջերմությունը ներառում է Mn-ի տարրալուծման արդյունքում արձակված ջերմությունը, մետաղի լիթիումի ռեակցիան էլեկտրոլիտի հետ, էլեկտրոլիտի օքսիդացումը, SEI թաղանթի քայքայումը, բացասական էլեկտրոդի տարրալուծումը և դրական էլեկտրոդի տարրալուծումը։ (NCM111 և LMO):Աղյուսակ 1-ը ցույց է տալիս յուրաքանչյուր ռեակցիայի էթալպիական փոփոխությունը և ակտիվացման էներգիան:(Այս հոդվածը անտեսում է կապող նյութերի կողմնակի ռեակցիաները)

Նկար 3-ը տարբեր լիցքավորման հոսանքներով գերլիցքավորման ժամանակ ջերմության առաջացման արագության համեմատությունն է:Նկար 3-ից կարելի է անել հետևյալ եզրակացությունները.

1) Քանի որ լիցքավորման հոսանքը մեծանում է, ջերմային փախուստի ժամանակը առաջանում է:

2) Գերլիցքավորման ժամանակ ջերմության արտադրությունը գերակշռում է Ջուլի ջերմությունը:SOC<1.2, ջերմության ընդհանուր արտադրությունը հիմնականում հավասար է Ջուլի ջերմությանը:

3) Երկրորդ փուլում (1

4) SOC>1.45, մետաղի լիթիումի և էլեկտրոլիտի ռեակցիայի արդյունքում արձակված ջերմությունը կգերազանցի Ջուլյան ջերմությունը:

5) Երբ SOC>1.6, սկսվում է տարրալուծման ռեակցիան SEI թաղանթի և բացասական էլեկտրոդի միջև, էլեկտրոլիտի օքսիդացման ռեակցիայի ջերմության արտադրության արագությունը կտրուկ աճում է, և ջերմության արտադրության ընդհանուր արագությունը հասնում է առավելագույն արժեքին:(Գրականության մեջ 4 և 5-ի նկարագրությունները որոշ չափով չեն համապատասխանում նկարներին, և այստեղ նկարները գերակայում են և ճշգրտված են):

6) Լիցքավորման գործընթացում մետաղի լիթիումի ռեակցիան էլեկտրոլիտի հետ և էլեկտրոլիտի օքսիդացումը հիմնական ռեակցիաներն են.

Վերոնշյալ վերլուծության միջոցով էլեկտրոլիտի օքսիդացման պոտենցիալը, բացասական էլեկտրոդի հզորությունը և ջերմային փախուստի սկզբնական ջերմաստիճանը գերլիցքավորման երեք հիմնական պարամետրերն են:Նկար 4-ը ցույց է տալիս երեք հիմնական պարամետրերի ազդեցությունը գերլիցքավորման կատարման վրա:Կարելի է տեսնել, որ էլեկտրոլիտի օքսիդացման ներուժի ավելացումը կարող է մեծապես բարելավել մարտկոցի գերլիցքավորման կատարումը, մինչդեռ բացասական էլեկտրոդի հզորությունը քիչ ազդեցություն ունի գերլիցքավորման աշխատանքի վրա:(Այլ կերպ ասած, բարձր լարման էլեկտրոլիտը օգնում է բարելավել մարտկոցի գերլիցքավորման աշխատանքը, և N/P հարաբերակցության ավելացումը քիչ ազդեցություն ունի մարտկոցի գերլիցքավորման աշխատանքի վրա):

Հղումներ

D. Ren et al.Էլեկտրաէներգիայի աղբյուրների ամսագիր 364 (2017) 328-340