Тройният материал от никел-кобалт-манган е един от основните материали на настоящата батерия. Трите елемента имат различни значения за материала на катода, сред които никеловият елемент е за подобряване на капацитета на батерията. Колкото по-високо е съдържанието на никел, толкова по-висок е специфичният капацитет на материала. NCM811 има специфичен капацитет от 200mAh/g и разрядна платформа от около 3.8V, която може да бъде направена в батерия с висока енергийна плътност. Въпреки това, проблемът на батерията NCM811 е лошата безопасност и бързото изтичане на живота на цикъла. Какви са причините, които влияят на живота и безопасността му? Как да реша този проблем? Следва задълбочен анализ:

NCM811 беше направен в бутонна батерия (NCM811/Li) и батерия с гъвкав пакет (NCM811/графит), като нейният грам капацитет и пълен капацитет на батерията бяха тествани съответно. Батерията с мека опаковка беше разделена на четири групи за експеримент с един фактор. Променливата на параметъра беше напрежението на прекъсване, което беше съответно 4.1V, 4.2V, 4.3V и 4.4V. Първо, батерията се циклира два пъти при 0.05c и след това при 0.2C при 30℃. След 200 цикъла, кривата на цикъла на батерията на мекия пакет е показана на фигурата по-долу:

От фигурата може да се види, че при високо напрежение на прекъсване, грам капацитетът на живата материя и батерията са високи, но капацитетът на грам на батерията и материала също се разпадат по-бързо. Напротив, при по-ниски напрежения на прекъсване (под 4.2V), капацитетът на батерията се влошава бавно и животът на цикъла е по-дълъг.

В този експеримент паразитната реакция беше изследвана чрез изотермична калориметрия и разграждането на структурата и морфологията на катодните материали по време на цикличния процес бяха изследвани чрез XRD и SEM. Изводите са както следва:

Картината

Първо, структурната промяна не е основната причина за намаляване на живота на батерията

Резултатите от XRD и SEM показаха, че няма очевидна разлика в морфологията на частиците и атомната структура на батерията с електрод и напрежение на прекъсване от 4.1V, 4.2V, 4.3V и 4.4V след 200 цикъла при 0.2c. Следователно бързата структурна промяна на живата материя по време на зареждане и разреждане не е основната причина за намаляване на живота на батерията. Вместо това, паразитните реакции на интерфейса между електролита и силно реактивните частици на живата материя в делитиево състояние са основната причина за намален живот на батерията при цикъл на високо напрежение 4.2 V.

(1) SEM

Картината

Картината

A1 и A2 са SEM изображения на батерията без циркулация. B ~ E са SEM изображения на жив материал с положителен електрод след 200 цикъла при условие 0.5C и напрежение на прекъсване на зареждане от 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V, съответно. Лявата страна е изображение на електронен микроскоп при ниско увеличение, а дясната страна е изображение на електронен микроскоп при голямо увеличение. Както може да се види от фигурата по-горе, няма значителна разлика в морфологията на частиците и степента на счупване между циркулиращата батерия и нециркулиращата батерия.

(2) XRD изображения

Както може да се види от фигурата по-горе, няма очевидна разлика между петте върха във формата и позицията.

(3) Промяна на параметрите на решетката

Картината

Както може да се види от таблицата, следните точки:

1. Константите на решетката на нециклираните полярни плочи са в съответствие с тези на NCM811 жив прах. Когато напрежението на прекъсване на цикъла е 4.1V, константата на решетката не се различава значително от предишните две и оста C се увеличава малко. Константите на решетката на оста C с 4.2V, 4.3V и 4.4V не се различават значително от тези на 4.1V (0.004 angms), докато данните по оста A са доста различни.

2. Нямаше значителна промяна в съдържанието на Ni в петте групи.

3. Полярните плочи с циркулиращо напрежение от 4.1V при 44.5° показват голяма FWHM, докато другите контролни групи показват подобни FWHM.

В процеса на зареждане и разреждане на батерията оста C има голямо свиване и разширение. Намаляването на живота на батерията при високи напрежения не се дължи на промени в структурата на живата материя. Следователно горните три точки потвърждават, че структурната промяна не е основната причина за спада на живота на батерията.

Картината

Второ, животът на цикъла на батерията NCM811 е свързан с паразитната реакция в батерията

NCM811 и графитът се правят в гъвкави пакетни клетки, използвайки различни електролити. За разлика от тях, 2% VC и PES211 бяха добавени към електролита на двете групи, съответно, и степента на поддържане на капацитета на двете групи показа голяма разлика след цикъла на батерията.

Картината

Според фигурата по-горе, когато напрежението на прекъсване на батерията с 2% VC е 4.1V, 4.2V, 4.3V и 4.4V, степента на поддържане на капацитета на батерията след 70 цикъла е 98%, 98%, 91 % и 88% съответно. Само след 40 цикъла, степента на поддържане на капацитета на батерията с добавен PES211 намалява до 91%, 82%, 82%, 74%. Важно е, че в предишни експерименти животът на батерията на NCM424/ графит и NCM111/ графитни системи с PES211 беше по-добър от този с 2% VC. Това води до предположението, че електролитните добавки имат значително влияние върху живота на батерията в системи с високо съдържание на никел.

От горните данни може да се види също, че животът на цикъла при високо напрежение е много по-лош от този при ниско напрежение. Чрез функцията за напасване на поляризация, △V и времена на цикъла може да се получи следната цифра:

Картината

Може да се види, че батерията △V е малка, когато се движи при ниско напрежение на прекъсване, но когато напрежението се повиши над 4.3V, △V се увеличава рязко и поляризацията на батерията се увеличава, което значително влияе върху живота на батерията. От фигурата може също да се види, че скоростта на промяна на △V на VC и PES211 е различна, което допълнително потвърждава, че степента и скоростта на поляризация на батерията са различни при различните електролитни добавки.

Изотермичната микрокалориметрия беше използвана за анализиране на вероятността за паразитна реакция на батерията. Параметри като поляризация, ентропия и паразитен топлинен поток бяха извлечени, за да се създаде функционална връзка с rSOC, както е показано на фигурата по-долу:

Картината

Над 4.2V е показано, че паразитният топлинен поток се увеличава внезапно, тъй като силно делитиевата повърхност на анода реагира лесно с електролита при високо напрежение. Това също обяснява защо колкото по-високо е напрежението на зареждане и разреждане, толкова по-бързо намалява скоростта на поддръжка на батерията.

Картината

III. NCM811 има лоша сигурност

При условие на повишаване на температурата на околната среда, реакционната активност на NCM811 в състояние на зареждане с електролит е много по-голяма от тази на NCM111. Следователно използването на NCM811 за производство на батерия е трудно да премине националната задължителна сертификация.

Картината

Фигурата е графика на скоростите на самонагряване на NCM811 и NCM111 между 70℃ и 350℃. Фигурата показва, че NCM811 започва да се нагрява при около 105℃, докато NCM111 не до 200℃. NCM811 има скорост на нагряване от 1℃/min от 200℃, докато NCM111 има скорост на нагряване от 0.05℃/min, което означава, че графитната система NCM811/ трудно може да получи задължителен сертификат за безопасност.

Живата материя с високо съдържание на никел трябва да бъде основният материал за батерията с висока енергийна плътност в бъдеще. Как да решим проблема с бързото разпадане на живота на батерията NCM811? Първо, повърхността на частиците на NCM811 беше модифицирана, за да се подобри неговата производителност. Вторият е да се използва електролита, който може да намали паразитната реакция на двете, така че да подобри живота и безопасността на неговия цикъл. Картината

Натиснете продължително, за да идентифицирате QR кода, добавете литий π!

Добре дошли да споделите!