Das ternäre Nickel-Kobalt-Mangan-Material ist eines der Hauptmaterialien der aktuellen Power-Batterie. Die drei Elemente haben unterschiedliche Bedeutungen für das Kathodenmaterial, unter anderem soll das Nickelelement die Kapazität der Batterie verbessern. Je höher der Nickelgehalt, desto höher die materialspezifische Kapazität. NCM811 hat eine spezifische Kapazität von 200 mAh/g und eine Entladeplattform von etwa 3.8 V, die zu einer Batterie mit hoher Energiedichte verarbeitet werden kann. Das Problem der NCM811-Batterie ist jedoch die schlechte Sicherheit und der schnelle Abfall der Zykluslebensdauer. Was sind die Gründe für die Lebensdauer und Sicherheit? Wie kann man dieses Problem lösen? Das Folgende ist eine eingehende Analyse:

NCM811 wurde in Knopfbatterie (NCM811/Li) und flexible Packbatterie (NCM811/Graphit) hergestellt und ihre Gramm-Kapazität bzw. volle Batteriekapazität wurde getestet. Die Softpack-Batterie wurde für das Einzelfaktor-Experiment in vier Gruppen eingeteilt. Die Parametervariable war die Abschaltspannung, die 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V bzw. 4.4 V betrug. Zuerst wurde die Batterie zweimal bei 0.05 ° C und dann bei 0.2 ° C bei 30 ° C zyklisiert. Nach 200 Zyklen ist die Zykluskurve des Softpack-Akkus in der folgenden Abbildung dargestellt:

Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass unter der Bedingung einer hohen Grenzspannung die Grammkapazität von lebender Materie und Batterie beide hoch ist, aber die Grammkapazität von Batterie und Material auch schneller abnimmt. Im Gegensatz dazu nimmt die Batteriekapazität bei niedrigeren Abschaltspannungen (unter 4.2 V) langsam ab und die Zyklenlebensdauer ist länger.

In diesem Experiment wurde die parasitäre Reaktion durch isotherme Kalorimetrie untersucht und der Struktur- und Morphologieabbau von Kathodenmaterialien während des Zyklusprozesses wurde durch XRD und SEM untersucht. Die Schlussfolgerungen sind wie folgt:

Das Bild

Erstens ist der strukturelle Wandel nicht die Hauptursache für den Rückgang der Batterielebensdauer

Die Ergebnisse von XRD und SEM zeigten, dass es keinen offensichtlichen Unterschied in der Partikelmorphologie und Atomstruktur der Batterie mit Elektroden- und Grenzspannung von 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V und 4.4 V nach 200 Zyklen bei 0.2 °C gab. Daher ist die schnelle Strukturänderung lebender Materie beim Laden und Entladen nicht der Hauptgrund für die Abnahme der Batterielebensdauer. Stattdessen sind parasitäre Reaktionen an der Grenzfläche zwischen dem Elektrolyten und den hochreaktiven Partikeln der lebenden Materie im Delithiumzustand die Hauptursache für die verkürzte Batterielebensdauer bei 4.2 V Hochspannungszyklus.

(1) das REM

Das Bild

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A1 und A2 sind die REM-Bilder der Batterie ohne Umlauf. B ~ E sind SEM-Bilder von lebendem Material der positiven Elektrode nach 200 Zyklen unter Bedingungen von 0.5 C und einer Ladeschlussspannung von 4.1 V/4.2 V/4.3 V/4.4 V. Die linke Seite ist ein elektronenmikroskopisches Bild bei geringer Vergrößerung und die rechte Seite ist ein elektronenmikroskopisches Bild bei hoher Vergrößerung. Wie aus der obigen Abbildung ersichtlich ist, gibt es keinen signifikanten Unterschied in der Partikelmorphologie und dem Bruchgrad zwischen der zirkulierenden Batterie und der nicht zirkulierenden Batterie.

(2) XRD-Bilder

Wie aus der obigen Abbildung ersichtlich ist, gibt es keinen offensichtlichen Unterschied zwischen den fünf Peaks in Form und Position.

(3) Änderung der Gitterparameter

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Wie aus der Tabelle ersichtlich sind folgende Punkte:

1. Die Gitterkonstanten von unzyklierten Polarplatten stimmen mit denen von NCM811 Lebendpulver überein. Wenn die Zyklus-Abschaltspannung 4.1 V beträgt, unterscheidet sich die Gitterkonstante nicht wesentlich von den beiden vorherigen und die C-Achse nimmt ein wenig zu. Die Gitterkonstanten der C-Achse mit 4.2V, 4.3V und 4.4V unterscheiden sich nicht wesentlich von denen von 4.1V (0.004 Angms), während die Daten auf der A-Achse recht unterschiedlich sind.

2. Es gab keine signifikante Änderung des Ni-Gehalts in den fünf Gruppen.

3. Polarplatten mit einer zirkulierenden Spannung von 4.1 V bei 44.5° weisen eine große FWHM auf, während die anderen Kontrollgruppen ähnliche FWHM aufweisen.

Beim Lade- und Entladevorgang des Akkus weist die C-Achse eine große Schrumpfung und Ausdehnung auf. Die Verringerung der Batterielebensdauer bei hohen Spannungen ist nicht auf Veränderungen in der Struktur der lebenden Materie zurückzuführen. Daher bestätigen die obigen drei Punkte, dass der strukturelle Wandel nicht der Hauptgrund für den Rückgang der Batterielebensdauer ist.

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Zweitens hängt die Lebensdauer der NCM811-Batterie von der parasitären Reaktion in der Batterie ab

NCM811 und Graphit werden mit unterschiedlichen Elektrolyten zu flexiblen Packzellen verarbeitet. Im Gegensatz dazu wurden dem Elektrolyten der beiden Gruppen 2% VC bzw. PES211 zugesetzt, und die Kapazitätserhaltungsrate der beiden Gruppen zeigte einen großen Unterschied nach dem Batteriezyklus.

Das Bild

Gemäß der obigen Abbildung beträgt die Kapazitätserhaltungsrate der Batterie nach 2 Zyklen 4.1%, 4.2%, 4.3 ., wenn die Abschaltspannung der Batterie mit 4.4% VC 70 V, 98 V, 98 V und 91 V beträgt % bzw. 88 %. Nach nur 40 Zyklen sank die Kapazitätserhaltungsrate der Batterie mit hinzugefügtem PES211 auf 91 %, 82 %, 82 %, 74 %. Wichtig ist, dass in früheren Experimenten die Batterielebensdauer von NCM424/Graphit- und NCM111/Graphit-Systemen mit PES211 besser war als die mit 2 % VC. Dies lässt vermuten, dass Elektrolytadditive einen signifikanten Einfluss auf die Batterielebensdauer in Hochnickelsystemen haben.

Aus den obigen Daten ist auch ersichtlich, dass die Zyklenlebensdauer bei hoher Spannung viel schlechter ist als bei niedriger Spannung. Durch die Anpassungsfunktion von Polarisation, △V und Zykluszeiten erhält man folgendes Bild:

Das Bild

Es ist ersichtlich, dass das △V der Batterie beim Radfahren mit niedriger Abschaltspannung klein ist, aber wenn die Spannung über 4.3 V ansteigt, steigt △V stark an und die Batteriepolarisation nimmt zu, was die Batterielebensdauer stark beeinflusst. Aus der Abbildung ist auch ersichtlich, dass die V-Änderungsrate von VC und PES211 unterschiedlich ist, was weiter bestätigt, dass der Grad und die Geschwindigkeit der Batteriepolarisation bei unterschiedlichen Elektrolytadditiven unterschiedlich sind.

Die isotherme Mikrokalorimetrie wurde verwendet, um die Wahrscheinlichkeit einer parasitären Reaktion der Batterie zu analysieren. Parameter wie Polarisation, Entropie und parasitärer Wärmefluss wurden extrahiert, um eine funktionale Beziehung zum rSOC herzustellen, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

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Oberhalb von 4.2 V nimmt der parasitäre Wärmefluss sprunghaft zu, da die stark delithiumreiche Anodenoberfläche bei hoher Spannung leicht mit dem Elektrolyten reagiert. Dies erklärt auch, warum die Batteriewartungsrate umso schneller abnimmt, je höher die Lade- und Entladespannung ist.

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iii. NCM811 hat schlechte Sicherheit

Unter der Bedingung einer Erhöhung der Umgebungstemperatur ist die Reaktionsaktivität von NCM811 im geladenen Zustand mit Elektrolyt viel größer als die von NCM111. Daher ist die Verwendung der NCM811-Batterieproduktion schwierig, die nationale obligatorische Zertifizierung zu bestehen.

Das Bild

Die Abbildung ist ein Diagramm der Eigenerwärmungsraten von NCM811 und NCM111 zwischen 70℃ und 350℃. Die Abbildung zeigt, dass sich NCM811 bei etwa 105 °C zu erwärmen beginnt, während NCM111 erst bei 200 °C beginnt. Der NCM811 hat eine Heizrate von 1℃/min ab 200℃, während der NCM111 eine Heizrate von 0.05℃/min hat, was bedeutet, dass das NCM811/ Graphitsystem eine obligatorische Sicherheitszertifizierung nur schwer erhält.

Lebende Materie mit hohem Nickelgehalt wird in Zukunft das Hauptmaterial für Batterien mit hoher Energiedichte sein. Wie kann das Problem des schnellen Abfalls der Batterielebensdauer des NCM811 gelöst werden? Zunächst wurde die Partikeloberfläche von NCM811 modifiziert, um seine Leistung zu verbessern. Die zweite besteht darin, den Elektrolyten zu verwenden, der die parasitäre Reaktion der beiden reduzieren kann, um so seine Lebensdauer und Sicherheit zu verbessern. Das Bild

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