Nikkeli-koboltti-mangaani kolmiaine on yksi nykyisen akun päämateriaaleista. Kolmella elementillä on eri merkitys katodimateriaalille, joista nikkelielementin tarkoituksena on parantaa akun kapasiteettia. Mitä korkeampi nikkelipitoisuus, sitä suurempi on materiaalin ominaiskapasiteetti. NCM811:n ominaiskapasiteetti on 200 mAh/g ja purkausalusta noin 3.8 V, josta voidaan tehdä korkean energiatiheyden akku. NCM811-akun ongelma on kuitenkin huono turvallisuus ja nopea elinkaaren heikkeneminen. Mitkä syyt vaikuttavat sen käyttöikään ja turvallisuuteen? Kuinka ratkaista tämä ongelma? Seuraava on syvällinen analyysi:

NCM811:stä tehtiin nappiparisto (NCM811/Li) ja joustava akku (NCM811/grafiitti), ja sen grammakapasiteetti ja täysi akun kapasiteetti testattiin vastaavasti. Soft-pack-akku jaettiin neljään ryhmään yhden tekijän kokeeseen. Parametrimuuttuja oli katkaisujännite, joka oli 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V ja 4.4 V. Ensin akkua käytettiin kahdesti 0.05 °C:ssa ja sitten 0.2 °C:ssa 30 °C:ssa. 200 jakson jälkeen pehmeän akun syklikäyrä näkyy alla olevassa kuvassa:

Kuvasta nähdään, että korkean katkaisujännitteen olosuhteissa elävän aineen ja akun grammakapasiteetti ovat korkeat, mutta myös akun ja materiaalin grammakapasiteetti heikkenee nopeammin. Päinvastoin, alhaisemmilla katkaisujännitteillä (alle 4.2 V) akun kapasiteetti heikkenee hitaasti ja syklin käyttöikä pitenee.

Tässä kokeessa loisreaktiota tutkittiin isotermisellä kalorimetrialla ja katodimateriaalien rakennetta ja morfologista hajoamista kiertoprosessin aikana tutkittiin XRD:llä ja SEM:llä. Johtopäätökset ovat seuraavat:

Kuva

Ensinnäkin rakennemuutos ei ole tärkein syy akun käyttöiän lyhenemiseen

XRD:n ja SEM:n tulokset osoittivat, että pariston hiukkasten morfologiassa ja atomirakenteessa ei ollut selvää eroa, kun elektrodi ja katkaisujännite olivat 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V ja 4.4 V 200 syklin jälkeen 0.2 C:ssa. Siksi elävän aineen nopea rakennemuutos latauksen ja purkamisen aikana ei ole tärkein syy akun käyttöiän lyhenemiseen. Sen sijaan loisreaktiot elektrolyytin ja delitiumtilassa olevien elävien aineiden erittäin reaktiivisten hiukkasten välisessä rajapinnassa ovat pääasiallinen syy akun lyhenemiseen 4.2 V:n suurjännitejaksolla.

(1) SEM

Kuva

Kuva

A1 ja A2 ovat SEM-kuvia akusta ilman kierrätystä. B ~ E ovat SEM-kuvia positiivisesta elektrodista elävästä materiaalista 200 syklin jälkeen 0.5 C:n olosuhteissa ja latauksen katkaisujännitteellä 4.1 V/4.2 V/4.3 V/4.4 V. Vasemmalla puolella on elektronimikroskoopin kuva pienellä suurennuksella ja oikealla on elektronimikroskoopin kuva suurella suurennuksella. Kuten yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä, hiukkasten morfologiassa ja rikkoutumisasteessa ei ole merkittävää eroa kiertopariston ja ei-kiertävän akun välillä.

(2) XRD-kuvat

Kuten yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä, viiden huipun välillä ei ole selvää eroa muodon ja sijainnin välillä.

(3) Hilaparametrien muutos

Kuva

Kuten taulukosta voidaan nähdä, seuraavat asiat:

1. Kiertämättömien polaaristen levyjen hilavakiot ovat yhdenmukaisia ​​elävän NCM811-jauheen hilavakioiden kanssa. Kun jakson katkaisujännite on 4.1 V, hilavakio ei eroa merkittävästi kahdesta edellisestä ja C-akseli kasvaa hieman. C-akselin hilavakiot 4.2V, 4.3V ja 4.4V eivät eroa merkittävästi 4.1V:n (0.004 angms) hilavakioista, kun taas A-akselin tiedot ovat melko erilaisia.

2. Ni-pitoisuudessa ei tapahtunut merkittävää muutosta viidessä ryhmässä.

3. Polaarilevyillä, joiden kiertojännite on 4.1 V 44.5°:ssa, on suuri FWHM, kun taas muilla kontrolliryhmillä on samanlainen FWHM.

Akun lataus- ja purkuprosessissa C-akselilla on suuri kutistuminen ja laajeneminen. Akun käyttöiän lyheneminen suurilla jännitteillä ei johdu elävän aineen rakenteen muutoksista. Siksi yllä olevat kolme seikkaa vahvistavat, että rakennemuutos ei ole tärkein syy akun käyttöiän lyhenemiseen.

Kuva

Toiseksi NCM811-akun käyttöikä liittyy akun loisreaktioon

NCM811:stä ja grafiitista valmistetaan joustavia pakkauskennoja eri elektrolyyttejä käyttäen. Sitä vastoin kahden ryhmän elektrolyyttiin lisättiin 2 % VC ja PES211, ja näiden kahden ryhmän kapasiteetin ylläpitoaste osoitti suurta eroa akkujakson jälkeen.

Kuva

Yllä olevan kuvan mukaan, kun 2 % VC:n akun katkaisujännite on 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V ja 4.4 V, akun kapasiteetin ylläpitosuhde 70 jakson jälkeen on 98 %, 98 %, 91 % ja 88 %. Vain 40 jakson jälkeen akun kapasiteetin ylläpitoaste, johon on lisätty PES211, laski 91%, 82%, 82%, 74%. Tärkeää on, että aiemmissa kokeissa NCM424/grafiitti- ja NCM111/grafiittijärjestelmien akun käyttöikä PES211:llä oli parempi kuin 2 % VC:llä. Tämä johtaa olettamukseen, että elektrolyyttilisäaineilla on merkittävä vaikutus akun käyttöikään korkean nikkelin järjestelmissä.

Yllä olevasta tiedosta voidaan myös nähdä, että syklin käyttöikä korkealla jännitteellä on paljon huonompi kuin matalajännitteellä. Polarisoinnin, △V:n ja sykliaikojen sovitusfunktiolla saadaan seuraava kuva:

Kuva

Voidaan nähdä, että akku △V on pieni pyöräillessä alhaisella katkaisujännitteellä, mutta kun jännite nousee yli 4.3V, △V kasvaa jyrkästi ja akun polarisaatio kasvaa, mikä vaikuttaa suuresti akun käyttöikään. Kuvasta voidaan myös nähdä, että VC:n ja PES211:n △V-muutosnopeus on erilainen, mikä edelleen varmistaa, että akun polarisaation aste ja nopeus ovat erilaisia ​​eri elektrolyyttilisäaineilla.

Akun loisreaktion todennäköisyyttä analysoitiin isotermisellä mikrokalorimetrialla. Parametrit, kuten polarisaatio, entropia ja loislämpövirta, erotettiin toiminnallisen suhteen luomiseksi rSOC:n kanssa alla olevan kuvan mukaisesti:

Kuva

Yli 4.2 V:n loislämpövirran on osoitettu kasvavan äkillisesti, koska erittäin delitiumia sisältävä anodin pinta reagoi helposti korkealla jännitteellä olevan elektrolyytin kanssa. Tämä selittää myös sen, miksi mitä korkeampi lataus- ja purkausjännite, sitä nopeammin akun huoltonopeus laskee.

Kuva

III NCM811:n suojaus on huono

Ympäristön lämpötilan noustessa NCM811:n reaktioaktiivisuus lataustilassa elektrolyytin kanssa on paljon suurempi kuin NCM111:n. Siksi käyttö NCM811 tuotanto akku on vaikea siirtää kansallisen pakollisen sertifioinnin.

Kuva

Kuva on kaavio NCM811:n ja NCM111:n itsekuumenemisnopeuksista välillä 70 ℃ – 350 ℃. Kuvasta näkyy, että NCM811 alkaa lämmetä noin 105 ℃:ssa, kun taas NCM111 alkaa lämmetä vasta 200 ℃:ssa. NCM811:n lämmitysnopeus on 1 ℃/min lämpötilasta 200 ℃, kun taas NCM111:n lämmitysnopeus on 0.05 ℃/min, mikä tarkoittaa, että NCM811/grafiittijärjestelmälle on vaikea saada pakollista turvallisuustodistusta.

Paljon nikkeliä sisältävä elävä aine on varmasti tulevaisuudessa korkean energiatiheyden akun päämateriaali. Kuinka ratkaista NCM811-akun nopean heikkenemisen ongelma? Ensinnäkin NCM811:n hiukkasten pintaa muutettiin sen suorituskyvyn parantamiseksi. Toinen on käyttää elektrolyyttiä, joka voi vähentää näiden kahden loisreaktiota parantaakseen sen käyttöikää ja turvallisuutta. Kuva

Paina pitkään tunnistaaksesi QR-koodi, lisää litium π!

Tervetuloa jakamaan!