A nikkel-kobalt-mangán háromkomponensű anyag a jelenlegi akkumulátor egyik fő anyaga. A három elem eltérő jelentéssel bír a katód anyagára vonatkozóan, amelyek között a nikkel elem az akkumulátor kapacitását javítja. Minél nagyobb a nikkeltartalom, annál nagyobb az anyagfajlagos kapacitás. Az NCM811 fajlagos kapacitása 200 mAh/g, a kisülési platformja pedig körülbelül 3.8 V, amelyből nagy energiasűrűségű akkumulátor készíthető. Az NCM811 akkumulátor problémája azonban a rossz biztonság és a gyors ciklus-élettartam. Milyen okok befolyásolják a ciklus élettartamát és biztonságát? Hogyan lehet megoldani ezt a problémát? A következő egy mélyreható elemzés:

Az NCM811-ből gombelem (NCM811/Li) és flexibilis akkumulátor (NCM811/grafit) készült, grammos kapacitását, illetve teljes akkumulátorkapacitását tesztelték. A soft-pack akkumulátort négy csoportra osztottuk az egyfaktoros kísérlethez. A paraméterváltozó a lekapcsolási feszültség volt, amely 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V és 4.4 V volt. Először az akkumulátort kétszer 0.05 °C-on, majd 0.2 °C-on, 30 °C-on körbeforgatták. 200 ciklus után a lágycsomag akkumulátor ciklusgörbéje az alábbi ábrán látható:

Az ábrán látható, hogy nagy kapcsolási feszültség mellett az élőanyag és az akkumulátor grammkapacitása egyaránt nagy, de az akkumulátor és az anyag grammkapacitása is gyorsabban bomlik. Éppen ellenkezőleg, alacsonyabb lekapcsolási feszültségeknél (4.2 V alatt) az akkumulátor kapacitása lassan csökken, és a ciklus élettartama hosszabb.

Ebben a kísérletben a parazita reakciót izoterm kalorimetriával, a katód anyagok szerkezetét és morfológiai lebomlását pedig a körfolyamat során XRD és SEM segítségével vizsgáltuk. A következtetések a következők:

A kép

Először is, nem a szerkezeti változás a fő oka az akkumulátor élettartamának csökkenésének

Az XRD és SEM eredményei azt mutatták, hogy nem volt nyilvánvaló különbség a részecskemorfológiában és az akkumulátor atomi szerkezetében 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V és 4.4 V elektródával és 200 V-os vágási feszültséggel 0.2 ciklus után 4.2 c-on. Ezért nem az élő anyagok gyors szerkezeti változása a töltés és kisütés során a fő oka az akkumulátor élettartamának csökkenésének. Ehelyett az elektrolit és a delítium állapotú élő anyag nagymértékben reaktív részecskéi közötti határfelületen fellépő parazita reakciók a fő oka annak, hogy a XNUMX V-os nagyfeszültségű ciklusnál csökken az akkumulátor élettartama.

(1) a SEM

A kép

A kép

Az A1 és A2 az akkumulátor SEM-képei keringés nélkül. A B ~ E a pozitív elektródák élő anyagának SEM-képei 200 ciklus után, 0.5 C-os körülmények között, és 4.1 V/4.2 V/4.3 V/4.4 V töltési vágási feszültség mellett. A bal oldalon az elektronmikroszkópos kép kis nagyítással, a jobb oldalon pedig az elektronmikroszkópos kép nagy nagyítással. Amint a fenti ábrán látható, nincs jelentős különbség a részecskék morfológiájában és törési fokában a keringő akkumulátor és a nem keringő akkumulátor között.

(2) XRD képek

Amint a fenti ábrán látható, nincs nyilvánvaló különbség az öt csúcs között alakban és helyzetben.

(3) A rácsparaméterek változása

A kép

Amint az a táblázatból látható, a következő pontok:

1. A nem ciklusos poláris lemezek rácsállandói megegyeznek az NCM811 élőpor rácsállandóival. Amikor a ciklus vágási feszültsége 4.1 V, a rácsállandó nem különbözik jelentősen az előző kettőtől, és a C tengely kissé megnő. A 4.2 V-os, 4.3 V-os és 4.4 V-os C-tengely rácsállandói nem térnek el szignifikánsan a 4.1 V-étól (0.004 angm), míg az A-tengely adatai meglehetősen eltérőek.

2. Nem volt szignifikáns változás a Ni-tartalomban az öt csoportban.

3. A 4.1 V-os 44.5°-os keringési feszültségű poláris lemezek nagy FWHM-t mutatnak, míg a többi kontrollcsoport hasonló FWHM-et mutat.

Az akkumulátor töltési és kisütési folyamatában a C tengely nagymértékben zsugorodik és tágul. Az akkumulátorciklus élettartamának csökkenése magas feszültségeknél nem az élő anyag szerkezetében bekövetkező változásoknak köszönhető. Ezért a fenti három pont igazolja, hogy nem a szerkezeti változás a fő oka az akkumulátor-ciklus-élettartam csökkenésének.

A kép

Másodszor, az NCM811 akkumulátor élettartama az akkumulátorban zajló parazita reakcióhoz kapcsolódik

Az NCM811-ből és a grafitból különböző elektrolitok felhasználásával rugalmas cellákká készülnek. Ezzel szemben a két csoport elektrolitjához 2% VC-t és PES211-et adtak, és a két csoport kapacitás-fenntartási aránya nagy különbséget mutatott az akkumulátor ciklus után.

A kép

A fenti ábra szerint, ha a 2% VC-vel rendelkező akkumulátor lekapcsolási feszültsége 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V és 4.4 V, az akkumulátor kapacitásfenntartási aránya 70 ciklus után 98%, 98%, 91 %, illetve 88%. Mindössze 40 ciklus után a PES211 hozzáadott akkumulátor kapacitás-fenntartási aránya 91%, 82%, 82%, 74%-ra csökkent. Fontos, hogy a korábbi kísérletekben az NCM424/ grafit és NCM111/ grafit rendszerek akkumulátor-élettartama jobb volt a PES211-gyel, mint a 2% VC-é. Ez ahhoz a feltételezéshez vezet, hogy az elektrolit adalékok jelentős hatással vannak az akkumulátor élettartamára a magas nikkeltartalmú rendszerekben.

A fenti adatokból is látható, hogy a ciklus élettartama nagyfeszültség mellett sokkal rosszabb, mint kisfeszültség alatt. A polarizáció, a △V és a ciklusidők illesztési függvénye révén a következő ábra nyerhető:

A kép

Látható, hogy az akkumulátor △V kicsi, ha alacsony kapcsolási feszültséggel kerékpározunk, de amikor a feszültség 4.3 V fölé emelkedik, a △V meredeken megnő és az akkumulátor polarizációja nő, ami nagyban befolyásolja az akkumulátor élettartamát. Az ábrán az is látható, hogy a VC és a PES211 △V változási sebessége eltérő, ami tovább igazolja, hogy az akkumulátor polarizációjának mértéke és sebessége eltérő a különböző elektrolit adalékokkal.

Izoterm mikrokalorimetriát használtunk az akkumulátor parazita reakció valószínűségének elemzésére. Az olyan paramétereket, mint a polarizáció, az entrópia és a parazita hőáramlás, kinyertük, hogy funkcionális kapcsolatot hozzunk létre az rSOC-val, amint az az alábbi ábrán látható:

A kép

4.2 V felett a parazita hőáram hirtelen megnövekszik, mivel az erősen delithium anódfelület könnyen reagál az elektrolittal magas feszültségen. Ez megmagyarázza azt is, hogy minél nagyobb a töltési és kisütési feszültség, annál gyorsabban csökken az akkumulátor karbantartási aránya.

A kép

III. Az NCM811 gyenge biztonságú

A környezeti hőmérséklet emelése mellett az NCM811 reakcióaktivitása elektrolittal töltött állapotban sokkal nagyobb, mint az NCM111-é. Ezért a használata NCM811 termelés akkumulátor nehéz át a nemzeti kötelező tanúsítás.

A kép

Az ábra az NCM811 és NCM111 önmelegedési sebességének grafikonja 70 ℃ és 350 ℃ között. Az ábra azt mutatja, hogy az NCM811 körülbelül 105 ℃-on kezd felmelegedni, míg az NCM111 nem 200 ℃-ig. Az NCM811 fűtési sebessége 1 ℃/perc 200 ℃-ról, míg az NCM111 fűtési sebessége 0.05 ℃/perc, ami azt jelenti, hogy az NCM811/ grafit rendszerre nehéz megszerezni a kötelező biztonsági tanúsítványt.

A nagy nikkeltartalmú élőanyag a jövőben a nagy energiasűrűségű akkumulátorok fő anyaga lesz. Hogyan lehet megoldani az NCM811 akkumulátor élettartamának gyors csökkenésének problémáját? Először is, az NCM811 részecskefelületét módosították a teljesítmény javítása érdekében. A második az elektrolit felhasználása, amely csökkentheti a kettő parazita reakcióját, így javítva a ciklus élettartamát és biztonságát. A kép

Nyomja meg hosszan a QR-kód azonosításához, adjon hozzá lítium π-t!

Üdvözöljük a megosztásban!