Nickel-cobalt-manganese ternary material is one of the main materials of the current power battery. The three elements have different meanings for the cathode material, among which the nickel element is to improve the capacity of the battery. The higher the nickel content, the higher the material specific capacity. NCM811 has a specific capacity of 200mAh/g and a discharge platform of about 3.8V, which can be made into a high energy density battery. However, the problem of NCM811 battery is poor safety and fast cycle life decay. What are the reasons affecting its cycle life and safety? How to solve this problem? The following is an in-depth analysis:

NCM811 به باتری دکمه ای (NCM811/Li) و باتری بسته انعطاف پذیر (NCM811/گرافیت) ساخته شد و ظرفیت گرمی آن و ظرفیت کامل باتری آن به ترتیب آزمایش شد. باتری بسته نرم برای آزمایش تک عاملی به چهار گروه تقسیم شد. متغیر پارامتر ولتاژ قطع بود که به ترتیب 4.1 ولت، 4.2 ولت، 4.3 ولت و 4.4 ولت بود. ابتدا باتری دو بار در دمای 0.05 درجه سانتیگراد و سپس در دمای 0.2 درجه سانتیگراد در 30 درجه سانتیگراد چرخه شد. پس از 200 چرخه، منحنی چرخه باتری بسته نرم در شکل زیر نشان داده شده است:

از شکل می توان دریافت که در شرایط ولتاژ قطع بالا، ظرفیت گرمی ماده زنده و باتری هر دو زیاد است، اما ظرفیت گرم باتری و مواد نیز سریعتر از بین می روند. برعکس، در ولتاژهای قطع پایین تر (زیر 4.2 ولت)، ظرفیت باتری به آرامی کاهش می یابد و عمر چرخه طولانی تر می شود.

In this experiment, the parasitic reaction was studied by isothermal calorimetry and the structure and morphology degradation of cathode materials during the cycling process were studied by XRD and SEM. The conclusions are as follows:

تصویر

اولاً، تغییر ساختاری دلیل اصلی کاهش عمر چرخه باتری نیست

نتایج XRD و SEM نشان داد که تفاوت آشکاری در مورفولوژی ذرات و ساختار اتمی باتری با الکترود و ولتاژ قطع 4.1V، 4.2V، 4.3V و 4.4V پس از 200 سیکل در 0.2c وجود ندارد. بنابراین، تغییر ساختار سریع مواد زنده در طول شارژ و دشارژ دلیل اصلی کاهش عمر چرخه باتری نیست. در عوض، واکنش‌های انگلی در سطح مشترک بین الکترولیت و ذرات بسیار واکنش‌پذیر ماده زنده در حالت دلیتیوم، دلیل اصلی کاهش عمر باتری در چرخه ولتاژ بالا 4.2 ولت است.

(1) the SEM

تصویر

تصویر

A1 و A2 تصاویر SEM باتری بدون گردش هستند. B ~ E تصاویر SEM از مواد زنده الکترود مثبت پس از 200 چرخه تحت شرایط 0.5C و ولتاژ قطع شارژ 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V هستند. سمت چپ تصویر میکروسکوپ الکترونی با بزرگنمایی کم و سمت راست تصویر میکروسکوپ الکترونی با بزرگنمایی زیاد است. همانطور که از شکل بالا مشاهده می شود، تفاوت معنی داری در مورفولوژی ذرات و درجه شکست بین باتری در گردش و باتری غیر گردشی وجود ندارد.

(2) XRD images

همانطور که از شکل بالا مشخص است، هیچ تفاوت آشکاری بین پنج قله از نظر شکل و موقعیت وجود ندارد.

(3) تغییر پارامترهای شبکه

تصویر

As can be seen from the table, the following points:

1. The lattice constants of uncycled polar plates are consistent with those of NCM811 live powder. When the cycle cutoff voltage is 4.1V, the lattice constant is not significantly different from the previous two, and the C axis increases a little. The lattice constants of the C-axis with 4.2V, 4.3V and 4.4V are not significantly different from those of 4.1V (0.004 angms), while the data on the A-axis are quite different.

2. There was no significant change in Ni content in the five groups.

3. Polar plates with a circulating voltage of 4.1V at 44.5° exhibit large FWHM, while the other control groups exhibit similar FWHM.

در فرآیند شارژ و دشارژ باتری، محور C دارای انقباض و انبساط زیادی است. کاهش عمر چرخه باتری در ولتاژهای بالا به دلیل تغییر در ساختار ماده زنده نیست. بنابراین، سه نکته بالا تأیید می کند که تغییر ساختاری دلیل اصلی کاهش عمر چرخه باتری نیست.

تصویر

دوم، عمر چرخه باتری NCM811 مربوط به واکنش انگلی در باتری است

NCM811 and graphite are made into flexible pack cells using different electrolytes. In contrast, 2%VC and PES211 were added to the electrolyte of the two groups, respectively, and the capacity maintenance rate of the two groups showed a great difference after the battery cycle.

تصویر

مطابق شکل بالا، زمانی که ولتاژ قطع باتری با 2% VC 4.1 ولت، 4.2 ولت، 4.3 ولت و 4.4 ولت باشد، میزان نگهداری ظرفیت باتری پس از 70 سیکل 98٪، 98٪، 91 است. درصد و 88 درصد. پس از تنها 40 چرخه، میزان نگهداری ظرفیت باتری با PES211 اضافه شده به 91٪، 82٪، 82٪، 74٪ کاهش یافت. نکته مهم، در آزمایش‌های قبلی، عمر چرخه باتری سیستم‌های NCM424/گرافیت و NCM111/گرافیت با PES211 بهتر از 2% VC بود. این منجر به این فرض می شود که افزودنی های الکترولیت تأثیر قابل توجهی بر عمر باتری در سیستم های با نیکل بالا دارند.

همچنین از داده های بالا می توان دریافت که عمر چرخه تحت ولتاژ بالا بسیار بدتر از ولتاژ پایین است. از طریق تابع برازش پلاریزاسیون، △V و زمان چرخه، می توان شکل زیر را به دست آورد:

تصویر

مشاهده می شود که باتری △V هنگام چرخش در ولتاژ قطع کم کوچک است، اما زمانی که ولتاژ از 4.3 ولت بالاتر می رود، △V به شدت افزایش می یابد و قطبش باتری افزایش می یابد که به شدت بر عمر باتری تأثیر می گذارد. همچنین از شکل می توان دریافت که نرخ تغییر △V VC و PES211 متفاوت است، که بیشتر تأیید می کند که درجه و سرعت قطبش باتری با افزودنی های الکترولیت مختلف متفاوت است.

Isothermal microcalorimetry was used to analyze the parasitic reaction probability of the battery. Parameters such as polarization, entropy and parasitic heat flow were extracted to make a functional relationship with rSOC, as shown in the figure below:

تصویر

در بالای 4.2 ولت، جریان گرمای انگلی به طور ناگهانی افزایش می‌یابد، زیرا سطح آند بسیار دلیتیوم به راحتی با الکترولیت در ولتاژ بالا واکنش نشان می‌دهد. این همچنین توضیح می دهد که چرا هر چه ولتاژ شارژ و دشارژ بالاتر باشد، سرعت نگهداری باتری سریعتر کاهش می یابد.

تصویر

III. NCM811 امنیت ضعیفی دارد

Under the condition of increasing the ambient temperature, the reaction activity of NCM811 in charging state with electrolyte is much greater than that of NCM111. Therefore, the use of NCM811 production of battery is difficult to pass the national compulsory certification.

تصویر

The figure is a graph of the self-heating rates of NCM811 and NCM111 between 70℃ and 350℃. The figure shows that NCM811 begins to heat up at about 105℃, while NCM111 does not until 200℃. The NCM811 has a heating rate of 1℃/min from 200℃, while the NCM111 has a heating rate of 0.05℃/min, which means that the NCM811/ graphite system is difficult to obtain mandatory safety certification.

ماده زنده با نیکل بالا در آینده ماده اصلی باتری با چگالی انرژی بالا خواهد بود. چگونه مشکل پوسیدگی سریع باتری NCM811 را حل کنیم؟ ابتدا سطح ذرات NCM811 برای بهبود عملکرد آن اصلاح شد. دوم استفاده از الکترولیت است که می تواند واکنش انگلی این دو را کاهش دهد تا عمر چرخه و ایمنی آن بهبود یابد. تصویر

Long press to identify the QR code, add lithium π!

Welcome to share!