निकल-कोबाल्ट-मैंगनीज टर्नरी सामग्री वर्तमान पावर बैटरी की मुख्य सामग्रियों में से एक है। कैथोड सामग्री के लिए तीन तत्वों के अलग-अलग अर्थ हैं, जिनमें से निकल तत्व बैटरी की क्षमता में सुधार करना है। निकल सामग्री जितनी अधिक होगी, सामग्री विशिष्ट क्षमता उतनी ही अधिक होगी। NCM811 में 200mAh/g की विशिष्ट क्षमता और लगभग 3.8V का डिस्चार्ज प्लेटफॉर्म है, जिसे उच्च ऊर्जा घनत्व वाली बैटरी में बनाया जा सकता है। हालाँकि, NCM811 बैटरी की समस्या खराब सुरक्षा और तेज चक्र जीवन क्षय है। इसके चक्र जीवन और सुरक्षा को प्रभावित करने वाले कारण क्या हैं? इस समस्या को हल कैसे करें? निम्नलिखित एक गहन विश्लेषण है:

NCM811 को बटन बैटरी (NCM811/Li) और लचीली पैक बैटरी (NCM811/ ग्रेफाइट) में बनाया गया था, और इसकी ग्राम क्षमता और पूर्ण बैटरी क्षमता का क्रमशः परीक्षण किया गया था। सॉफ्ट-पैक बैटरी को एकल कारक प्रयोग के लिए चार समूहों में विभाजित किया गया था। पैरामीटर चर कट-ऑफ वोल्टेज था, जो क्रमशः 4.1V, 4.2V, 4.3V और 4.4V था। पहले, बैटरी को दो बार 0.05c पर और फिर 0.2C पर 30℃ पर साइकिल चलाया गया। 200 चक्रों के बाद, सॉफ्ट पैक बैटरी चक्र वक्र नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है:

आंकड़े से देखा जा सकता है कि उच्च कट-ऑफ वोल्टेज की स्थिति में, जीवित पदार्थ और बैटरी की ग्राम क्षमता दोनों अधिक होती है, लेकिन बैटरी और सामग्री की ग्राम क्षमता भी तेजी से क्षय होती है। इसके विपरीत, कम कट-ऑफ वोल्टेज (4.2V से नीचे) पर, बैटरी की क्षमता धीरे-धीरे कम होती है और चक्र जीवन लंबा होता है।

इस प्रयोग में, परजीवी प्रतिक्रिया का अध्ययन इज़ोटेर्मल कैलोरीमेट्री द्वारा किया गया था और साइकिलिंग प्रक्रिया के दौरान कैथोड सामग्री की संरचना और आकारिकी गिरावट का अध्ययन एक्सआरडी और एसईएम द्वारा किया गया था। निष्कर्ष इस प्रकार हैं:

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सबसे पहले, संरचनात्मक परिवर्तन बैटरी चक्र जीवन में गिरावट का मुख्य कारण नहीं है

XRD और SEM के परिणामों से पता चला कि 4.1c पर 4.2 चक्रों के बाद 4.3V, 4.4V, 200V और 0.2V के इलेक्ट्रोड और कट-ऑफ वोल्टेज के साथ बैटरी के कण आकारिकी और परमाणु संरचना में कोई स्पष्ट अंतर नहीं था। इसलिए, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान जीवित पदार्थ का तेजी से संरचनात्मक परिवर्तन बैटरी चक्र जीवन में गिरावट का मुख्य कारण नहीं है। इसके बजाय, इलेक्ट्रोलाइट और डेलिथियम अवस्था में जीवित पदार्थ के अत्यधिक प्रतिक्रियाशील कणों के बीच इंटरफेस पर परजीवी प्रतिक्रियाएं 4.2V उच्च वोल्टेज चक्र में कम बैटरी जीवन का मुख्य कारण हैं।

(1) एसईएम

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A1 और A2 बिना सर्कुलेशन के बैटरी की SEM इमेज हैं। बी ~ ई 200C स्थिति के तहत 0.5 चक्र के बाद सकारात्मक इलेक्ट्रोड जीवित सामग्री की SEM छवियां हैं और क्रमशः 4.1V / 4.2V / 4.3V / 4.4V के कट-ऑफ वोल्टेज चार्ज करते हैं। बाईं ओर कम आवर्धन के तहत इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि है और दाईं ओर उच्च आवर्धन के तहत इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि है। जैसा कि ऊपर की आकृति से देखा जा सकता है, परिसंचारी बैटरी और गैर-परिसंचारी बैटरी के बीच कण आकारिकी और टूटने की डिग्री में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं है।

(2) एक्सआरडी छवियां

जैसा कि ऊपर की आकृति से देखा जा सकता है, आकार और स्थिति में पांच चोटियों के बीच कोई स्पष्ट अंतर नहीं है।

(3) जाली मापदंडों का परिवर्तन

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जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है, निम्नलिखित बिंदु:

1. बिना साइकिल वाली ध्रुवीय प्लेटों के जालक स्थिरांक NCM811 सजीव पाउडर के संगत होते हैं। जब चक्र कटऑफ वोल्टेज 4.1V होता है, तो जाली स्थिरांक पिछले दो से काफी अलग नहीं होता है, और C अक्ष थोड़ा बढ़ जाता है। 4.2V, 4.3V और 4.4V के साथ C-अक्ष के जालक स्थिरांक 4.1V (0.004 angms) से महत्वपूर्ण रूप से भिन्न नहीं हैं, जबकि A-अक्ष पर डेटा काफी भिन्न हैं।

2. पांच समूहों में नी सामग्री में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं हुआ।

3. ध्रुवीय प्लेटें 4.1 डिग्री पर 44.5 वी के परिसंचारी वोल्टेज के साथ बड़े एफडब्ल्यूएचएम प्रदर्शित करती हैं, जबकि अन्य नियंत्रण समूह समान एफडब्ल्यूएचएम प्रदर्शित करते हैं।

बैटरी की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया में, C अक्ष में एक बड़ा संकोचन और विस्तार होता है। उच्च वोल्टेज पर बैटरी चक्र जीवन में कमी जीवित पदार्थ संरचना में परिवर्तन के कारण नहीं है। इसलिए, उपरोक्त तीन बिंदु सत्यापित करते हैं कि संरचनात्मक परिवर्तन बैटरी चक्र जीवन में गिरावट का मुख्य कारण नहीं है।

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दूसरा, NCM811 बैटरी का चक्र जीवन बैटरी में परजीवी प्रतिक्रिया से संबंधित है

NCM811 और ग्रेफाइट को विभिन्न इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करके लचीली पैक कोशिकाओं में बनाया जाता है। इसके विपरीत, 2% VC और PES211 को क्रमशः दो समूहों के इलेक्ट्रोलाइट में जोड़ा गया, और दो समूहों की क्षमता रखरखाव दर ने बैटरी चक्र के बाद एक बड़ा अंतर दिखाया।

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ऊपर दिए गए आंकड़े के अनुसार, जब 2% वीसी के साथ बैटरी का कट-ऑफ वोल्टेज 4.1V, 4.2V, 4.3V और 4.4V है, तो 70 चक्रों के बाद बैटरी की क्षमता रखरखाव दर 98%, 98%, 91 है। क्रमशः% और 88%। केवल 40 चक्रों के बाद, अतिरिक्त PES211 के साथ बैटरी की क्षमता रखरखाव दर घटकर 91%, 82%, 82%, 74% हो गई। महत्वपूर्ण रूप से, पिछले प्रयोगों में, PES424 के साथ NCM111/ग्रेफाइट और NCM211/ग्रेफाइट सिस्टम का बैटरी चक्र जीवन 2%VC के साथ बेहतर था। यह इस धारणा की ओर ले जाता है कि इलेक्ट्रोलाइट एडिटिव्स का उच्च-निकल सिस्टम में बैटरी जीवन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

उपरोक्त आंकड़ों से यह भी देखा जा सकता है कि उच्च वोल्टेज के तहत चक्र जीवन कम वोल्टेज की तुलना में बहुत खराब है। ध्रुवीकरण, V और चक्र समय के फिटिंग फ़ंक्शन के माध्यम से, निम्न आकृति प्राप्त की जा सकती है:

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यह देखा जा सकता है कि कम कट-ऑफ वोल्टेज पर साइकिल चलाते समय बैटरी △V छोटी होती है, लेकिन जब वोल्टेज 4.3V से ऊपर उठता है, तो △V तेजी से बढ़ता है और बैटरी का ध्रुवीकरण बढ़ता है, जो बैटरी जीवन को बहुत प्रभावित करता है। यह इस आंकड़े से भी देखा जा सकता है कि VC और PES211 की V परिवर्तन दर अलग है, जो आगे सत्यापित करती है कि बैटरी ध्रुवीकरण की डिग्री और गति अलग-अलग इलेक्ट्रोलाइट एडिटिव्स के साथ भिन्न होती है।

बैटरी की परजीवी प्रतिक्रिया संभावना का विश्लेषण करने के लिए इज़ोटेर्मल माइक्रोकैलोरीमेट्री का उपयोग किया गया था। ध्रुवीकरण, एन्ट्रापी और परजीवी गर्मी प्रवाह जैसे पैरामीटर rSOC के साथ एक कार्यात्मक संबंध बनाने के लिए निकाले गए, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है:

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4.2V से ऊपर, परजीवी गर्मी प्रवाह अचानक बढ़ता हुआ दिखाया गया है, क्योंकि अत्यधिक डेलिथियम एनोड सतह उच्च वोल्टेज पर इलेक्ट्रोलाइट के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करती है। यह यह भी बताता है कि चार्ज और डिस्चार्ज वोल्टेज जितना अधिक होता है, बैटरी रखरखाव दर उतनी ही तेजी से घटती है।

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III. NCM811 की सुरक्षा खराब है

परिवेश के तापमान में वृद्धि की स्थिति में, इलेक्ट्रोलाइट के साथ चार्जिंग अवस्था में NCM811 की प्रतिक्रिया गतिविधि NCM111 की तुलना में बहुत अधिक है। इसलिए, बैटरी के NCM811 उत्पादन का उपयोग राष्ट्रीय अनिवार्य प्रमाणीकरण पारित करना मुश्किल है।

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यह आंकड़ा 811℃ और 111℃ के बीच NCM70 और NCM350 की सेल्फ-हीटिंग दरों का एक ग्राफ है। आंकड़ा दिखाता है कि NCM811 लगभग 105 ℃ पर गर्म होना शुरू होता है, जबकि NCM111 200 ℃ तक नहीं होता है। NCM811 की ताप दर 1 ℃ से 200 ℃ / मिनट है, जबकि NCM111 की ताप दर 0.05 ℃ / मिनट है, जिसका अर्थ है कि NCM811 / ग्रेफाइट सिस्टम अनिवार्य सुरक्षा प्रमाणन प्राप्त करना मुश्किल है।

उच्च निकल जीवित पदार्थ भविष्य में उच्च ऊर्जा घनत्व बैटरी की मुख्य सामग्री होने के लिए बाध्य है। NCM811 बैटरी जीवन के तेजी से क्षय की समस्या को कैसे हल करें? सबसे पहले, NCM811 की कण सतह को इसके प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए संशोधित किया गया था। दूसरा इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करना है जो दोनों की परजीवी प्रतिक्रिया को कम कर सकता है, ताकि इसके चक्र जीवन और सुरक्षा में सुधार हो सके। चित्र

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