Nikkel-kobolt-mangan ternært materiale er et af hovedmaterialerne i det nuværende strømbatteri. De tre elementer har forskellige betydninger for katodematerialet, blandt hvilke nikkelelementet skal forbedre batteriets kapacitet. Jo højere nikkelindhold, jo højere materialespecifikke kapacitet. NCM811 har en specifik kapacitet på 200mAh/g og en afladningsplatform på omkring 3.8V, som kan laves om til et batteri med høj energitæthed. Problemet med NCM811 batteri er imidlertid dårlig sikkerhed og hurtig cykluslevetid henfald. Hvad er årsagerne til dets cyklusliv og sikkerhed? Hvordan løser man dette problem? Følgende er en dybdegående analyse:

NCM811 blev lavet til knapbatteri (NCM811/Li) og fleksibelt batteri (NCM811/grafit), og dets gramkapacitet og fulde batterikapacitet blev henholdsvis testet. Soft-pack-batteriet blev opdelt i fire grupper til enkeltfaktoreksperiment. Parametervariablen var cut-off spænding, som var henholdsvis 4.1V, 4.2V, 4.3V og 4.4V. Først blev batteriet cyklet to gange ved 0.05c og derefter ved 0.2C ved 30 ℃. Efter 200 cyklusser er den bløde battericykluskurve vist i nedenstående figur:

Det kan ses af figuren, at under betingelser med høj afskæringsspænding er gramkapaciteten af ​​levende stof og batteri begge høj, men gramkapaciteten af ​​batteri og materiale henfalder også hurtigere. Tværtimod, ved lavere afbrydelsesspændinger (under 4.2V), forringes batterikapaciteten langsomt, og cykluslevetiden er længere.

I dette eksperiment blev den parasitære reaktion undersøgt ved isotermisk kalorimetri, og strukturen og morfologinedbrydningen af ​​katodematerialer under cyklingsprocessen blev undersøgt af XRD og SEM. Konklusionerne er som følger:

Billedet

For det første er strukturelle ændringer ikke hovedårsagen til et fald i battericyklussens levetid

Resultaterne af XRD og SEM viste, at der ikke var nogen tydelig forskel i partikelmorfologi og atomstruktur af batteriet med elektrode og afskæringsspænding på 4.1V, 4.2V, 4.3V og 4.4V efter 200 cyklusser ved 0.2c. Derfor er den hurtige strukturelle ændring af levende stof under opladning og afladning ikke hovedårsagen til nedgangen i batteriets levetid. I stedet er parasitære reaktioner ved grænsefladen mellem elektrolytten og de meget reaktive partikler af levende stof i delithiumtilstanden hovedårsagen til reduceret batterilevetid ved 4.2V højspændingscyklussen.

(1) SEM

Billedet

Billedet

A1 og A2 er SEM-billederne af batteriet uden cirkulation. B ~ E er SEM-billeder af positivt elektrode levende materiale efter 200 cyklus under 0.5C tilstand og ladeafskæringsspænding på henholdsvis 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V. Venstre side er elektronmikroskopbillede under lav forstørrelse, og højre side er elektronmikroskopbillede under høj forstørrelse. Som det kan ses af figuren ovenfor, er der ingen signifikant forskel i partikelmorfologi og brudgrad mellem det cirkulerende batteri og det ikke-cirkulerende batteri.

(2) XRD-billeder

Som det kan ses af figuren ovenfor, er der ingen tydelig forskel mellem de fem toppe i form og position.

(3) Ændring af gitterparametre

Billedet

Som det fremgår af tabellen, er følgende punkter:

1. Gitterkonstanterne for polære plader, der ikke er cyklisk, er i overensstemmelse med dem for NCM811 levende pulver. Når cyklusafskæringsspændingen er 4.1V, er gitterkonstanten ikke væsentligt forskellig fra de to foregående, og C-aksen stiger lidt. Gitterkonstanterne for C-aksen med 4.2V, 4.3V og 4.4V er ikke signifikant forskellige fra dem for 4.1V (0.004 angms), mens dataene på A-aksen er ret forskellige.

2. Der var ingen signifikant ændring i Ni-indholdet i de fem grupper.

3. Polære plader med en cirkulationsspænding på 4.1V ved 44.5° udviser stor FWHM, mens de andre kontrolgrupper udviser lignende FWHM.

I batteriets opladning og afladning har C-aksen en stor krympning og ekspansion. Reduktionen i batteriets levetid ved høje spændinger skyldes ikke ændringer i strukturen af ​​levende stof. Derfor bekræfter ovenstående tre punkter, at strukturelle ændringer ikke er hovedårsagen til faldet i batterilevetiden.

Billedet

For det andet er cykluslevetiden for NCM811-batteriet relateret til den parasitære reaktion i batteriet

NCM811 og grafit laves til fleksible pakkeceller ved hjælp af forskellige elektrolytter. I modsætning hertil blev 2% VC og PES211 tilsat til henholdsvis elektrolytten i de to grupper, og kapacitetsvedligeholdelseshastigheden for de to grupper viste en stor forskel efter battericyklussen.

Billedet

Ifølge figuren ovenfor, når afskæringsspændingen for batteriet med 2%VC er 4.1V, 4.2V, 4.3V og 4.4V, er batteriets kapacitetsvedligeholdelseshastighed efter 70 cyklusser 98%, 98%, 91 hhv. % og 88 %. Efter kun 40 cyklusser faldt kapacitetsvedligeholdelsesraten for batteriet med tilføjet PES211 til 91 %, 82 %, 82 %, 74 %. Det er vigtigt, at i tidligere eksperimenter var batterilevetiden for NCM424/grafit- og NCM111/grafitsystemer med PES211 bedre end den med 2%VC. Dette fører til den antagelse, at elektrolyttilsætningsstoffer har en betydelig indflydelse på batterilevetiden i høj-nikkel-systemer.

Det kan også ses af ovenstående data, at cykluslevetiden under højspænding er meget værre end under lavspænding. Gennem tilpasningsfunktionen polarisering, △V og cyklustider kan følgende figur opnås:

Billedet

Det kan ses, at batteriet △V er lille, når der cykles ved lav afskæringsspænding, men når spændingen stiger over 4.3V, stiger △V kraftigt, og batteripolariseringen øges, hvilket i høj grad påvirker batteriets levetid. Det kan også ses af figuren, at △V ændringshastigheden for VC og PES211 er forskellig, hvilket yderligere bekræfter, at graden og hastigheden af ​​batteripolarisering er forskellig med forskellige elektrolytadditiver.

Isoterm mikrokalorimetri blev brugt til at analysere den parasitære reaktionssandsynlighed for batteriet. Parametre som polarisering, entropi og parasitisk varmestrøm blev ekstraheret for at skabe et funktionelt forhold til rSOC, som vist i figuren nedenfor:

Billedet

Over 4.2V er den parasitære varmestrøm vist at stige pludseligt, fordi anodeoverfladen med høj delithium reagerer let med elektrolytten ved høj spænding. Dette forklarer også, hvorfor jo højere lade- og afladningsspændingen er, jo hurtigere falder batterivedligeholdelseshastigheden.

Billedet

III. NCM811 har dårlig sikkerhed

Under betingelsen om at øge den omgivende temperatur er reaktionsaktiviteten af ​​NCM811 i ladetilstand med elektrolyt meget større end NCM111. Derfor er brugen af ​​NCM811 produktion af batteri vanskeligt at bestå den nationale obligatoriske certificering.

Billedet

Figuren er en graf over selvopvarmningshastighederne for NCM811 og NCM111 mellem 70 ℃ og 350 ℃. Figuren viser, at NCM811 begynder at varme op ved omkring 105℃, mens NCM111 først bliver 200℃. NCM811 har en opvarmningshastighed på 1℃/min fra 200℃, mens NCM111 har en opvarmningshastighed på 0.05℃/min, hvilket betyder, at NCM811/grafitsystemet er svært at opnå obligatorisk sikkerhedscertificering.

Levende stof med højt nikkelindhold er bundet til at være hovedmaterialet i batterier med høj energitæthed i fremtiden. Hvordan løser man problemet med hurtigt henfald af NCM811-batteriets levetid? Først blev partikeloverfladen af ​​NCM811 modificeret for at forbedre dens ydeevne. Den anden er at bruge elektrolytten, som kan reducere parasitreaktionen af ​​de to, for at forbedre dens cykluslevetid og sikkerhed. Billedet

Langt tryk for at identificere QR-koden, tilføj lithium π!

Velkommen til at dele!