تعتبر المواد الثلاثية من النيكل والكوبالت والمنغنيز إحدى المواد الرئيسية لبطارية الطاقة الحالية. العناصر الثلاثة لها معاني مختلفة لمادة الكاثود ، من بينها عنصر النيكل لتحسين قدرة البطارية. كلما زاد محتوى النيكل ، زادت سعة المواد المحددة. NCM811 بسعة محددة تبلغ 200 مللي أمبير / جرام ومنصة تفريغ تبلغ حوالي 3.8 فولت ، والتي يمكن تحويلها إلى بطارية ذات كثافة طاقة عالية. ومع ذلك ، فإن مشكلة بطارية NCM811 تتمثل في ضعف الأمان وتسريع دورة الحياة. ما هي الأسباب التي تؤثر على دورة حياتها وسلامتها؟ كيفية حل هذه المشكلة؟ فيما يلي تحليل متعمق:

تم تصنيع NCM811 في بطارية زر (NCM811 / Li) وبطارية حزمة مرنة (NCM811 / الجرافيت) ، وتم اختبار سعتها بالجرام وسعة البطارية الكاملة على التوالي. تم تقسيم البطارية اللينة إلى أربع مجموعات لتجربة عامل واحد. كان متغير المعلمة جهد القطع والذي كان 4.1V و 4.2V و 4.3V و 4.4V على التوالي. أولاً ، تم تدوير البطارية مرتين عند 0.05 درجة مئوية ثم عند 0.2 درجة مئوية عند 30 درجة مئوية. بعد 200 دورة ، يظهر منحنى دورة بطارية العبوة الناعمة في الشكل أدناه:

يمكن أن نرى من الشكل أنه في حالة الجهد العالي للقطع ، تكون سعة الجرام للمادة الحية والبطارية عالية ، لكن سعة الجرام للبطارية والمواد تتحلل أيضًا بشكل أسرع. على العكس من ذلك ، عند الفولتية المنخفضة للقطع (أقل من 4.2 فولت) ، تتدهور سعة البطارية ببطء وتكون دورة الحياة أطول.

في هذه التجربة ، تمت دراسة التفاعل الطفيلي بواسطة مقياس المسعر المتساوي ودرس التحلل البنيوي والتشكل لمواد الكاثود أثناء عملية التدوير بواسطة XRD و SEM. والاستنتاجات هي كما يلي:

الصورة

أولاً ، التغيير الهيكلي ليس هو السبب الرئيسي لانخفاض عمر البطارية

أظهرت نتائج XRD و SEM عدم وجود اختلاف واضح في شكل الجسيمات والتركيب الذري للبطارية مع قطب كهربائي وقطع جهد 4.1 فولت و 4.2 فولت و 4.3 فولت و 4.4 فولت بعد 200 دورة عند 0.2 درجة مئوية. لذلك ، فإن التغيير الهيكلي السريع للمادة الحية أثناء الشحن والتفريغ ليس هو السبب الرئيسي لانخفاض عمر دورة البطارية. بدلاً من ذلك ، تعد التفاعلات الطفيلية عند السطح البيني بين المنحل بالكهرباء والجسيمات عالية التفاعل للمادة الحية في حالة الهذيان السبب الرئيسي لتقليل عمر البطارية في دورة الجهد العالي 4.2 فولت.

(1) ووزارة شؤون المرأة

الصورة

الصورة

A1 و A2 هما صورتا SEM للبطارية بدون تداول. B ~ E عبارة عن صور SEM للمواد الحية للإلكترود الموجب بعد 200 دورة تحت حالة 0.5C وشحن جهد القطع 4.1V / 4.2V / 4.3V / 4.4V ، على التوالي. الجانب الأيسر صورة المجهر الإلكتروني تحت التكبير المنخفض والجانب الأيمن صورة المجهر الإلكتروني تحت التكبير العالي. كما يتضح من الشكل أعلاه ، لا يوجد فرق كبير في مورفولوجيا الجسيمات ودرجة الكسر بين البطارية المتداولة والبطارية غير المتداولة.

(2) صور XRD

كما يتضح من الشكل أعلاه ، لا يوجد فرق واضح بين القمم الخمسة في الشكل والموضع.

(3) تغيير معلمات الشبكة

الصورة

وكما يتضح من الجدول فإن النقاط التالية:

1. تتوافق الثوابت الشبكية للألواح القطبية غير المُدورة مع تلك الموجودة في المسحوق الحي NCM811. عندما يكون جهد قطع الدورة 4.1 فولت ، لا يختلف ثابت الشبكة بشكل كبير عن الاثنين السابقين ، ويزداد المحور C قليلاً. لا تختلف الثوابت الشبكية للمحور C مع 4.2V و 4.3V و 4.4V بشكل كبير عن تلك الخاصة بـ 4.1V (0.004 angms) ، في حين أن البيانات الموجودة على المحور A مختلفة تمامًا.

2. لم يكن هناك تغيير كبير في محتوى النيكل في المجموعات الخمس.

3. تعرض الألواح القطبية بجهد دائري 4.1 فولت عند 44.5 درجة FWHM كبيرة ، بينما تعرض مجموعات التحكم الأخرى FWHM مماثلة.

في عملية الشحن والتفريغ للبطارية ، يتسم المحور C بانكماش وتوسع كبيرين. لا يرجع انخفاض عمر دورة البطارية عند الفولتية العالية إلى التغيرات في بنية المادة الحية. لذلك ، تتحقق النقاط الثلاث المذكورة أعلاه من أن التغيير الهيكلي ليس هو السبب الرئيسي لانخفاض عمر دورة البطارية.

الصورة

ثانيًا ، يرتبط عمر دورة بطارية NCM811 بالتفاعل الطفيلي في البطارية

يتم تصنيع NCM811 والجرافيت في خلايا حزم مرنة باستخدام إلكتروليتات مختلفة. في المقابل ، تمت إضافة 2٪ VC و PES211 إلى المنحل بالكهرباء في المجموعتين ، على التوالي ، وأظهر معدل صيانة السعة للمجموعتين فرقًا كبيرًا بعد دورة البطارية.

الصورة

وفقًا للشكل أعلاه ، عندما يكون جهد قطع البطارية بنسبة 2٪ VC هو 4.1 فولت و 4.2 فولت و 4.3 فولت و 4.4 فولت ، فإن معدل صيانة سعة البطارية بعد 70 دورة يكون 98٪ ، 98٪ ، 91 ٪ و 88٪ على التوالي. بعد 40 دورة فقط ، انخفض معدل صيانة سعة البطارية مع PES211 المضافة إلى 91٪ ، 82٪ ، 82٪ ، 74٪. الأهم من ذلك ، في التجارب السابقة ، كان عمر دورة البطارية لأنظمة NCM424 / الجرافيت و NCM111 / الجرافيت مع PES211 أفضل من ذلك مع 2٪ VC. يؤدي هذا إلى افتراض أن الإضافات المنحل بالكهرباء لها تأثير كبير على عمر البطارية في الأنظمة عالية النيكل.

يمكن أيضًا أن نرى من البيانات المذكورة أعلاه أن دورة الحياة تحت الجهد العالي أسوأ بكثير من تلك تحت الجهد المنخفض. من خلال وظيفة تركيب الاستقطاب ، V وأوقات الدورة ، يمكن الحصول على الشكل التالي:

الصورة

يمكن ملاحظة أن البطارية △ V صغيرة عند ركوب الدراجات بجهد قطع منخفض ، ولكن عندما يرتفع الجهد فوق 4.3 فولت ، يزداد △ V بشكل حاد ويزداد استقطاب البطارية ، مما يؤثر بشكل كبير على عمر البطارية. يمكن أيضًا أن نرى من الشكل أن معدل التغيير △ V لـ VC و PES211 مختلف ، مما يؤكد أيضًا أن درجة وسرعة استقطاب البطارية تختلف باختلاف إضافات الإلكتروليت.

تم استخدام القياس الدقيق متساوي الحرارة لتحليل احتمالية التفاعل الطفيلي للبطارية. تم استخلاص معلمات مثل الاستقطاب والانتروبيا وتدفق الحرارة الطفيلية لإنشاء علاقة وظيفية مع rSOC ، كما هو موضح في الشكل أدناه:

الصورة

فوق 4.2 فولت ، يتضح أن تدفق الحرارة الطفيلية يزداد فجأة ، لأن سطح القطب الموجب العالي يتفاعل بسهولة مع المنحل بالكهرباء عند الجهد العالي. وهذا يفسر أيضًا لماذا كلما زاد جهد الشحن والتفريغ ، كلما انخفض معدل صيانة البطارية بشكل أسرع.

الصورة

ثالثا. NCM811 لديه أمان ضعيف

في حالة زيادة درجة الحرارة المحيطة ، يكون نشاط تفاعل NCM811 في حالة الشحن مع الإلكتروليت أكبر بكثير من نشاط NCM111. لذلك ، فإن استخدام إنتاج NCM811 للبطارية يصعب اجتياز الشهادة الإلزامية الوطنية.

الصورة

الشكل عبارة عن رسم بياني لمعدلات التسخين الذاتي لـ NCM811 و NCM111 بين 70 ℃ و 350 ℃. يوضح الشكل أن NCM811 يبدأ في التسخين عند حوالي 105 ، بينما NCM111 لا يصل حتى 200 ℃. NCM811 لديه معدل تسخين 1 ℃ / دقيقة من 200 ℃ ، بينما NCM111 لديه معدل تسخين 0.05 ℃ / دقيقة ، مما يعني أن نظام NCM811 / الجرافيت يصعب الحصول على شهادة سلامة إلزامية.

لا بد أن تكون المادة الحية عالية النيكل هي المادة الرئيسية للبطاريات عالية الكثافة في المستقبل. كيف تحل مشكلة الاضمحلال السريع لعمر بطارية NCM811؟ أولاً ، تم تعديل سطح جزيئات NCM811 لتحسين أدائها. والثاني هو استخدام المنحل بالكهرباء الذي يمكن أن يقلل من رد الفعل الطفيلي للاثنين ، وذلك لتحسين دورة الحياة والسلامة. الصورة

اضغط لفترة طويلة لتحديد رمز الاستجابة السريعة ، أضف الليثيوم π!

مرحبا بكم في المشاركة!