Dans cet article, les performances de surcharge d'une batterie de poche de 40Ah avec électrode positive NCM111+LMO sont étudiées à travers des expériences et des simulations.Les courants de surcharge sont respectivement de 0,33 C, 0,5 C et 1 C.La taille de la batterie est de 240 mm * 150 mm * 14 mm.(calculé en fonction de la tension nominale de 3,65 V, son énergie spécifique volumique est d'environ 290 Wh/L, ce qui est encore relativement faible)
Les changements de tension, de température et de résistance interne pendant le processus de surcharge sont illustrés dans l'image 1. Il peut être grossièrement divisé en quatre étapes :
La première étape : 1
La deuxième étape : 1.2
La troisième étape : 1,4
La quatrième étape : SOC > 1,6, la pression interne de la batterie dépasse la limite, le boîtier se rompt, le diaphragme se rétracte et se déforme, et l'emballement thermique de la batterie.Un court-circuit se produit à l'intérieur de la batterie, une grande quantité d'énergie est libérée rapidement et la température de la batterie monte brusquement à 780°C.
La chaleur générée pendant le processus de surcharge comprend : la chaleur d'entropie réversible, la chaleur Joule, la chaleur de réaction chimique et la chaleur dégagée par un court-circuit interne.La chaleur de la réaction chimique comprend la chaleur dégagée par la dissolution de Mn, la réaction du lithium métallique avec l'électrolyte, l'oxydation de l'électrolyte, la décomposition du film SEI, la décomposition de l'électrode négative et la décomposition de l'électrode positive (NCM111 et LMO).Le tableau 1 montre le changement d'enthalpie et l'énergie d'activation de chaque réaction.(Cet article ignore les réactions secondaires des liants)
L'image 3 est une comparaison du taux de génération de chaleur pendant la surcharge avec différents courants de charge.Les conclusions suivantes peuvent être tirées de l'image 3 :
1) Lorsque le courant de charge augmente, le temps d'emballement thermique avance.
2) La production de chaleur pendant la surcharge est dominée par la chaleur Joule.SOC<1,2, la production de chaleur totale est fondamentalement égale à la chaleur Joule.
3) Dans la deuxième étape (1
4) SOC> 1,45, la chaleur dégagée par la réaction du lithium métallique et de l'électrolyte dépassera la chaleur Joule.
5) Lorsque SOC> 1,6, la réaction de décomposition entre le film SEI et l'électrode négative commence, le taux de production de chaleur de la réaction d'oxydation de l'électrolyte augmente fortement et le taux de production de chaleur total atteint la valeur maximale.(Les descriptions en 4 et 5 dans la littérature sont quelque peu incompatibles avec les images, et les images ici prévaudront et ont été ajustées.)
6) Pendant le processus de surcharge, la réaction du lithium métallique avec l'électrolyte et l'oxydation de l'électrolyte sont les principales réactions.
Grâce à l'analyse ci-dessus, le potentiel d'oxydation de l'électrolyte, la capacité de l'électrode négative et la température de début d'emballement thermique sont les trois paramètres clés de la surcharge.L'image 4 montre l'impact de trois paramètres clés sur les performances de surcharge.On peut voir que l'augmentation du potentiel d'oxydation de l'électrolyte peut grandement améliorer les performances de surcharge de la batterie, tandis que la capacité de l'électrode négative a peu d'effet sur les performances de surcharge.(En d'autres termes, l'électrolyte haute tension contribue à améliorer les performances de surcharge de la batterie, et l'augmentation du rapport N/P a peu d'effet sur les performances de surcharge de la batterie.)
Les références
D. Ren et al.Journal des sources d'alimentation 364 (2017) 328-340
Heure de publication : 15 décembre 2022