આ પેપરમાં, પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડ NCM111+LMO સાથે 40Ah પાઉચ બેટરીના ઓવરચાર્જ પ્રદર્શનનો પ્રયોગો અને સિમ્યુલેશન દ્વારા અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે.ઓવરચાર્જ કરંટ અનુક્રમે 0.33C, 0.5C અને 1C છે.બેટરીનું કદ 240mm * 150mm * 14mm છે.(3.65V ના રેટેડ વોલ્ટેજ અનુસાર ગણતરી કરવામાં આવે છે, તેની વોલ્યુમ ચોક્કસ ઊર્જા લગભગ 290Wh/L છે, જે હજુ પણ પ્રમાણમાં ઓછી છે)
ઓવરચાર્જ પ્રક્રિયા દરમિયાન વોલ્ટેજ, તાપમાન અને આંતરિક પ્રતિકાર ફેરફારો ચિત્ર 1 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. તેને આશરે ચાર તબક્કામાં વિભાજિત કરી શકાય છે:
પ્રથમ તબક્કો: 1
બીજો તબક્કો: 1.2
ત્રીજો તબક્કો: 1.4
ચોથો તબક્કો: SOC>1.6, બેટરીનું આંતરિક દબાણ મર્યાદા કરતાં વધી જાય છે, કેસીંગ ફાટી જાય છે, ડાયાફ્રેમ સંકોચાય છે અને વિકૃત થાય છે, અને બેટરી થર્મલ રનઅવે.બેટરીની અંદર શોર્ટ સર્કિટ થાય છે, મોટી માત્રામાં ઉર્જા ઝડપથી બહાર આવે છે અને બેટરીનું તાપમાન ઝડપથી વધીને 780°C થાય છે.
ઓવરચાર્જ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થતી ગરમીમાં આનો સમાવેશ થાય છે: ઉલટાવી શકાય તેવી એન્ટ્રોપી ગરમી, જૌલ ગરમી, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા ગરમી અને આંતરિક શોર્ટ સર્કિટ દ્વારા બહાર પાડવામાં આવતી ગરમી.રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની ગરમીમાં Mn ના વિસર્જન દ્વારા પ્રકાશિત ગરમી, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે મેટલ લિથિયમની પ્રતિક્રિયા, ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું ઓક્સિડેશન, SEI ફિલ્મનું વિઘટન, નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડનું વિઘટન અને હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડનું વિઘટન શામેલ છે. (NCM111 અને LMO).કોષ્ટક 1 દરેક પ્રતિક્રિયાના એન્થાલ્પી ફેરફાર અને સક્રિયકરણ ઊર્જા દર્શાવે છે.(આ લેખ બાઈન્ડરની બાજુની પ્રતિક્રિયાઓને અવગણે છે)
ચિત્ર 3 એ વિવિધ ચાર્જિંગ પ્રવાહો સાથે ઓવરચાર્જિંગ દરમિયાન ગરમી ઉત્પન્ન કરવાના દરની સરખામણી છે.ચિત્ર 3 માંથી નીચેના તારણો મેળવી શકાય છે:
1) જેમ જેમ ચાર્જિંગ કરંટ વધે છે તેમ તેમ થર્મલ રનઅવે સમય આગળ વધે છે.
2) ઓવરચાર્જિંગ દરમિયાન ગરમીનું ઉત્પાદન જૌલ ગરમીનું પ્રભુત્વ છે.SOC<1.2, કુલ ગરમીનું ઉત્પાદન મૂળભૂત રીતે જૌલ ગરમી જેટલું છે.
3) બીજા તબક્કામાં (1
4) SOC>1.45, મેટલ લિથિયમ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટની પ્રતિક્રિયા દ્વારા બહાર પડતી ગરમી જૌલ ગરમી કરતાં વધી જશે.
5) જ્યારે SOC>1.6, SEI ફિલ્મ અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે વિઘટનની પ્રતિક્રિયા શરૂ થાય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયાના ગરમી ઉત્પાદન દરમાં તીવ્ર વધારો થાય છે, અને કુલ ગરમી ઉત્પાદન દર ટોચના મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે.(સાહિત્યમાં 4 અને 5 માંના વર્ણનો ચિત્રો સાથે કંઈક અંશે અસંગત છે, અને અહીં ચિત્રો પ્રચલિત રહેશે અને સમાયોજિત કરવામાં આવ્યા છે.)
6) ઓવરચાર્જ પ્રક્રિયા દરમિયાન, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે મેટલ લિથિયમની પ્રતિક્રિયા અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટનું ઓક્સિડેશન મુખ્ય પ્રતિક્રિયાઓ છે.
ઉપરોક્ત વિશ્લેષણ દ્વારા, ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ઓક્સિડેશન સંભવિતતા, નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની ક્ષમતા અને થર્મલ રનઅવેનું પ્રારંભિક તાપમાન એ ઓવરચાર્જિંગ માટેના ત્રણ મુખ્ય પરિમાણો છે.ચિત્ર 4 ઓવરચાર્જ કામગીરી પર ત્રણ મુખ્ય પરિમાણોની અસર દર્શાવે છે.તે જોઈ શકાય છે કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ઓક્સિડેશન સંભવિતતામાં વધારો બેટરીના ઓવરચાર્જ પ્રદર્શનમાં મોટા પ્રમાણમાં સુધારો કરી શકે છે, જ્યારે નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની ક્ષમતા ઓવરચાર્જ કામગીરી પર થોડી અસર કરે છે.(બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ બેટરીના ઓવરચાર્જ પ્રદર્શનને સુધારવામાં મદદ કરે છે, અને N/P ગુણોત્તર વધારવાથી બેટરીના ઓવરચાર્જ પ્રદર્શન પર થોડી અસર થાય છે.)
સંદર્ભ
ડી. રેન એટ અલ.જર્નલ ઓફ પાવર સોર્સીસ 364(2017) 328-340
પોસ્ટ સમય: ડિસેમ્બર-15-2022