Тройны нікель-кобальт-марганец з’яўляецца адным з асноўных матэрыялаў сучаснай батарэі. Тры элемента маюць розныя значэнні для матэрыялу катода, сярод якіх нікелевы элемент павінен палепшыць ёмістасць батарэі. Чым вышэй утрыманне нікелю, тым вышэй удзельная здольнасць матэрыялу. NCM811 мае ўдзельную ёмістасць 200 мАг/г і разрадную платформу каля 3.8 В, з якой можна зрабіць акумулятар з высокай шчыльнасцю энергіі. Аднак праблема батарэі NCM811 заключаецца ў нізкай бяспецы і хуткім зніжэнні тэрміну службы. Якія прычыны ўплываюць на тэрмін службы і бяспеку яго цыклу? Як вырашыць гэтую праблему? Ніжэй прыведзены глыбокі аналіз:

NCM811 быў зроблены ў кнопачную батарэю (NCM811/Li) і гнуткую батарэю (NCM811/графіт), а яе ёмістасць у грамах і поўная ёмістасць батарэі былі правераны адпаведна. Мяккі акумулятар быў падзелены на чатыры групы для эксперыменту з адным фактарам. Пераменным параметрам было напружанне адсечкі, якое складала 4.1 В, 4.2 В, 4.3 У і 4.4 У адпаведна. Спачатку батарэя была двойчы цыклічна пры тэмпературы 0.05C, а затым пры тэмпературы 0.2C пры 30℃. Пасля 200 цыклаў, крывая цыклу батарэі мяккага пакета паказана на малюнку ніжэй:

З малюнка відаць, што ва ўмовах высокага напружання адключэння грамавая ёмістасць жывога рэчыва і батарэі высокія, але грам ёмістасці батарэі і матэрыялу таксама распадаюцца хутчэй. Наадварот, пры больш нізкіх напружаннях адключэння (ніжэй 4.2 В) ёмістасць батарэі памяншаецца павольна, і тэрмін службы батарэі даўжэй.

У гэтым эксперыменце паразітарная рэакцыя была вывучана з дапамогай ізатэрмічнай каларыметрыі, а структура і марфалогія дэградацыі катодных матэрыялаў падчас цыклічнага працэсу вывучаліся метадамі XRD і SEM. Высновы такія:

Карцінка

Па-першае, структурныя змены не з’яўляюцца асноўнай прычынай скарачэння тэрміну службы батарэі

Вынікі XRD і SEM паказалі, што не было відавочнай розніцы ў марфалогіі часціц і атамнай структуры батарэі з электродам і напругай адсячэння 4.1 В, 4.2 В, 4.3 В і 4.4 В пасля 200 цыклаў пры 0.2 С. Такім чынам, хуткае структурнае змяненне жывога рэчыва падчас зарадкі і разрадкі не з’яўляецца асноўнай прычынай зніжэння тэрміну службы батарэі. Замест гэтага паразітарныя рэакцыі на мяжы падзелу паміж электралітам і высокарэакцыйнымі часціцамі жывога рэчыва ў стане делития з’яўляюцца асноўнай прычынай скарачэння тэрміну службы батарэі пры цыкле высокага напружання 4.2 В.

(1) SEM

Карцінка

Карцінка

A1 і A2 – гэта выявы SEM акумулятара без цыркуляцыі. B ~ E – гэта выявы SEM жывога матэрыялу станоўчага электрода пасля цыклу 200 пры тэмпературы 0.5C і напружанні адключэння зарадкі 4.1В/4.2В/4.3В/4.4В адпаведна. Левы бок – малюнак у электронным мікраскопе пры малым павелічэнні, а справа – выява ў электронным мікраскопе пры вялікім павелічэнні. Як відаць з малюнка вышэй, няма істотнай розніцы ў марфалогіі часціц і ступені паломкі паміж цыркуляцыйнай батарэяй і нецыркуляцыйнай батарэяй.

(2) XRD выявы

Як відаць на малюнку вышэй, няма відавочнай розніцы паміж пяццю пікамі ў форме і становішчы.

(3) Змена параметраў рашоткі

Карцінка

Як відаць з табліцы, наступныя моманты:

1. Канстанты рашоткі неапрацаваных палярных пласцін адпавядаюць канстантам жывога парашка NCM811. Калі напружанне адсячэння цыклу складае 4.1 В, пастаянная рашоткі істотна не адрозніваецца ад двух папярэдніх, а вось C трохі павялічваецца. Канстанты рашоткі восі С з 4.2 В, 4.3 В і 4.4 В істотна не адрозніваюцца ад 4.1 В (0.004 ангм), у той час як дадзеныя па восі А зусім іншыя.

2. Не было істотных змен ва ўтрыманні Ni ў пяці групах.

3. Палярныя пласціны з цыркуляцыйным напругай 4.1 В пры 44.5° дэманструюць вялікую паўшыню, у той час як іншыя кантрольныя групы дэманструюць аналагічную паўшыню.

У працэсе зарадкі і разрадкі батарэі вось С мае вялікую ўсаджванне і пашырэнне. Скарачэнне тэрміну службы батарэі пры высокіх напружаннях не звязана са зменамі ў структуры жывога рэчыва. Такім чынам, тры вышэйпералічаныя моманты пацвярджаюць, што структурныя змены не з’яўляюцца асноўнай прычынай зніжэння тэрміну службы батарэі.

Карцінка

Па-другое, тэрмін службы батарэі NCM811 звязаны з паразітарнай рэакцыяй у батарэі

NCM811 і графіт ператвараюцца ў гнуткія ячэйкі з выкарыстаннем розных электралітаў. У адрозненне ад гэтага, 2% VC і PES211 былі дададзены да электраліту дзвюх груп, адпаведна, і хуткасць падтрымання ёмістасці дзвюх груп паказала вялікую розніцу пасля цыклу батарэі.

Карцінка

Згодна з малюнку вышэй, калі напружанне адсечкі батарэі з 2% VC складае 4.1 В, 4.2 В, 4.3 В і 4.4 В, ёмістасць батарэі пасля 70 цыклаў складае 98%, 98%, 91 % і 88% адпаведна. Толькі пасля 40 цыклаў ёмістасць батарэі з дададзеным PES211 знізілася да 91%, 82%, 82%, 74%. Важна, што ў папярэдніх эксперыментах тэрмін службы батарэі сістэм NCM424/ graphite і NCM111/ з графітам з PES211 быў лепшым, чым з 2% VC. Гэта прыводзіць да здагадкі, што электралітныя дабаўкі аказваюць істотны ўплыў на тэрмін службы батарэі ў сістэмах з высокім утрыманнем нікелю.

З прыведзеных вышэй дадзеных таксама відаць, што працягласць цыклу пры высокім напрузе значна горш, чым пры нізкім. З дапамогай функцыі падганяння палярызацыі, △V і часу цыклу можна атрымаць наступны паказчык:

Карцінка

Можна заўважыць, што батарэя △V малая пры рабоце пры нізкім напружанні адключэння, але калі напружанне падымаецца вышэй за 4.3В, △V рэзка ўзрастае і палярызацыя батарэі павялічваецца, што моцна ўплывае на тэрмін службы батарэі. З малюнка таксама відаць, што хуткасць змены △V у VC і PES211 розная, што дадаткова пацвярджае, што ступень і хуткасць палярызацыі батарэі розныя з рознымі дадаткамі да электраліту.

Для аналізу верагоднасці паразітарнай рэакцыі батарэі была выкарыстана ізатэрмічная мікракалорыметрыя. Такія параметры, як палярызацыя, энтрапія і паразітны цеплавой паток, былі вынятыя, каб стварыць функцыянальную сувязь з rSOC, як паказана на малюнку ніжэй:

Карцінка

Вышэй за 4.2 В паразітны цеплавы паток раптоўна ўзрастае, таму што паверхня анода з высокай ступенню делития лёгка рэагуе з электралітам пры высокай напрузе. Гэта таксама тлумачыць, чаму чым вышэй напружанне зарада і разраду, тым хутчэй зніжаецца хуткасць абслугоўвання акумулятара.

Карцінка

III. NCM811 мае слабую бяспеку

Пры ўмове павышэння тэмпературы навакольнага асяроддзя рэакцыйная актыўнасць NCM811 у стане зарадкі з электралітам значна большая, чым у NCM111. Такім чынам, выкарыстанне NCM811 вытворчасці батарэі цяжка прайсці нацыянальную абавязковую сертыфікацыю.

Карцінка

Малюнак уяўляе сабой графік хуткасці саманагравання NCM811 і NCM111 паміж 70℃ і 350℃. На малюнку відаць, што NCM811 пачынае награвацца прыкладна да 105 ℃, а NCM111 не награваецца да 200 ℃. NCM811 мае хуткасць нагрэву 1℃/мін ад 200℃, у той час як NCM111 мае хуткасць нагрэву 0.05℃/мін, што азначае, што графітавай сістэме NCM811/ цяжка атрымаць абавязковую сертыфікацыю бяспекі.

Жывое рэчыва з высокім утрыманнем нікелю абавязкова стане асноўным матэрыялам батарэі з высокай шчыльнасцю энергіі ў будучыні. Як вырашыць праблему хуткага згасання батарэі NCM811? Па-першае, паверхня часціц NCM811 была зменена, каб палепшыць яго прадукцыйнасць. Па-другое, выкарыстоўваць электраліт, які можа паменшыць паразітарную рэакцыю абодвух, каб палепшыць тэрмін службы і бяспеку яго цыклу. Карціна

Доўгі націск, каб ідэнтыфікаваць QR-код, дадайце літый π!

Запрашаем падзяліцца!