Նիկել-կոբալտ-մանգան եռակի նյութը ընթացիկ ուժային մարտկոցի հիմնական նյութերից մեկն է: Երեք տարրերը տարբեր նշանակություն ունեն կաթոդի նյութի համար, որոնց թվում նիկելի տարրը մարտկոցի հզորությունը բարելավելն է: Որքան բարձր է նիկելի պարունակությունը, այնքան բարձր է նյութի հատուկ հզորությունը: NCM811-ն ունի 200 mAh/g հատուկ հզորություն և մոտ 3.8 Վ լիցքաթափման հարթակ, որը կարող է վերածվել էներգիայի բարձր խտության մարտկոցի: Այնուամենայնիվ, NCM811 մարտկոցի խնդիրը վատ անվտանգությունն է և արագ ցիկլի կյանքի քայքայումը: Որո՞նք են դրա ցիկլի կյանքի և անվտանգության վրա ազդող պատճառները: Ինչպե՞ս լուծել այս խնդիրը: Հետևյալը խորը վերլուծություն է.

NCM811-ը պատրաստվել է կոճակային մարտկոցի (NCM811/Li) և ճկուն փաթեթի մարտկոցի (NCM811/գրաֆիտ), և համապատասխանաբար փորձարկվել է դրա գրամ հզորությունը և մարտկոցի լրիվ հզորությունը: Փափուկ փաթեթով մարտկոցը բաժանվեց չորս խմբի՝ մեկ գործոնով փորձի համար: Պարամետրի փոփոխականը անջատման լարումն էր, որը համապատասխանաբար կազմում էր 4.1 Վ, 4.2 Վ, 4.3 Վ և 4.4 Վ: Նախ, մարտկոցը երկու անգամ պտտվեց 0.05C-ում, իսկ հետո 0.2C ջերմաստիճանում 30℃-ում: 200 ցիկլից հետո փափուկ փաթեթի մարտկոցի ցիկլի կորը ներկայացված է ստորև բերված նկարում.

Նկարից երևում է, որ բարձր անջատման լարման պայմաններում կենդանի նյութի և մարտկոցի գրամ հզորությունը երկուսն էլ բարձր են, բայց մարտկոցի և նյութի գրամ հզորությունը նույնպես ավելի արագ է քայքայվում: Ընդհակառակը, անջատման ավելի ցածր լարման դեպքում (4.2 Վ-ից ցածր), մարտկոցի հզորությունը դանդաղորեն նվազում է, և ցիկլի կյանքը ավելի երկար է:

Այս փորձի ժամանակ մակաբուծական ռեակցիան ուսումնասիրվել է իզոթերմային կալորիմետրիայի միջոցով, իսկ կաթոդային նյութերի կառուցվածքն ու ձևաբանական դեգրադացիան ցիկլավորման գործընթացում ուսումնասիրվել են XRD-ի և SEM-ի միջոցով: Եզրակացությունները հետևյալն են.

Պատկերն

Նախ, կառուցվածքային փոփոխությունը մարտկոցի ցիկլի կյանքի անկման հիմնական պատճառը չէ

XRD-ի և SEM-ի արդյունքները ցույց են տվել, որ էլեկտրոդի և 4.1V, 4.2V, 4.3V և 4.4V անջատիչ լարման հետ մարտկոցի մասնիկների մորֆոլոգիայի և ատոմային կառուցվածքի ակնհայտ տարբերություն չկար 200c 0.2 ցիկլից հետո: Հետևաբար, լիցքավորման և լիցքաթափման ընթացքում կենդանի նյութի արագ կառուցվածքային փոփոխությունը մարտկոցի ցիկլի կյանքի նվազման հիմնական պատճառը չէ: Փոխարենը, մակաբուծական ռեակցիաները էլեկտրոլիտի և կենդանի նյութի բարձր ռեակտիվ մասնիկների միջև դելիթիումի միջերեսում 4.2 Վ բարձր լարման ցիկլում մարտկոցի աշխատանքի կրճատման հիմնական պատճառն են:

(1) SEM-ը

Պատկերն

Պատկերն

A1-ը և A2-ը մարտկոցի SEM պատկերներն են առանց շրջանառության: B ~ E-ն դրական էլեկտրոդի կենդանի նյութի SEM պատկերներ են 200 ցիկլից հետո 0.5C պայմաններում և համապատասխանաբար 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V լիցքավորման անջատման լարման ներքո: Ձախ կողմը էլեկտրոնային մանրադիտակի պատկերն է ցածր խոշորացման ներքո, իսկ աջ կողմը էլեկտրոնային մանրադիտակի պատկերն է բարձր խոշորացման ներքո: Ինչպես երևում է վերևի նկարից, մասնիկների մորֆոլոգիայի և ճեղքման աստիճանի էական տարբերություն չկա շրջանառվող մարտկոցի և ոչ շրջանառվող մարտկոցի միջև:

(2) XRD պատկերներ

Ինչպես երևում է վերևի նկարից, հինգ գագաթների միջև ձևի և դիրքի ակնհայտ տարբերություն չկա:

(3) վանդակավոր պարամետրերի փոփոխություն

Պատկերն

Ինչպես երևում է աղյուսակից, հետևյալ կետերը.

1. Չցիկլավորված բևեռային թիթեղների վանդակավոր հաստատունները համահունչ են NCM811 կենդանի փոշու հաստատուններին: Երբ ցիկլի անջատման լարումը 4.1 Վ է, վանդակի հաստատունը էականորեն չի տարբերվում նախորդ երկուսից, իսկ C առանցքը մի փոքր ավելանում է։ 4.2V, 4.3V և 4.4V լարման C առանցքի վանդակավոր հաստատունները էականորեն չեն տարբերվում 4.1V-ից (0.004 անգմ), մինչդեռ A-առանցքի տվյալները բավականին տարբեր են:

2. Հինգ խմբերում Ni-ի պարունակության էական փոփոխություն չի եղել:

3. Բևեռային թիթեղները 4.1°-ում 44.5 Վ շրջանառության լարումով ցույց են տալիս մեծ FWHM, մինչդեռ մյուս հսկիչ խմբերը ցուցադրում են նմանատիպ FWHM:

Մարտկոցի լիցքավորման և լիցքաթափման գործընթացում C առանցքը մեծ նեղացում և ընդլայնում է ունենում։ Բարձր լարման դեպքում մարտկոցի ցիկլի ժամկետի կրճատումը պայմանավորված չէ կենդանի նյութի կառուցվածքի փոփոխություններով: Հետևաբար, վերը նշված երեք կետերը հաստատում են, որ կառուցվածքային փոփոխությունը մարտկոցի ցիկլի ժամկետի նվազման հիմնական պատճառը չէ:

Պատկերն

Երկրորդ, NCM811 մարտկոցի ցիկլի կյանքը կապված է մարտկոցի մակաբուծական ռեակցիայի հետ

NCM811-ը և գրաֆիտը վերածվում են ճկուն փաթեթային բջիջների՝ օգտագործելով տարբեր էլեկտրոլիտներ: Ի հակադրություն, 2% VC և PES211 ավելացվել են համապատասխանաբար երկու խմբերի էլեկտրոլիտին, և երկու խմբերի հզորության պահպանման մակարդակը մեծ տարբերություն է ցույց տվել մարտկոցի ցիկլից հետո:

Պատկերն

Համաձայն վերը նշված նկարի, երբ 2% VC-ով մարտկոցի անջատման լարումը 4.1V, 4.2V, 4.3V և 4.4V է, մարտկոցի հզորության պահպանման արագությունը 70 ցիկլից հետո կազմում է 98%, 98%, 91: % և 88% համապատասխանաբար։ Ընդամենը 40 ցիկլից հետո, PES211 ավելացված մարտկոցի հզորության պահպանման մակարդակը նվազել է մինչև 91%, 82%, 82%, 74%: Կարևոր է, որ նախորդ փորձերում PES424-ով NCM111/ գրաֆիտ և NCM211/ գրաֆիտ համակարգերի մարտկոցի ցիկլի կյանքը ավելի լավ էր, քան 2% VC-ով: Սա հանգեցնում է այն ենթադրության, որ էլեկտրոլիտային հավելումները զգալի ազդեցություն ունեն նիկելի բարձր պարունակությամբ համակարգերում մարտկոցի կյանքի վրա:

Վերոհիշյալ տվյալներից կարելի է տեսնել նաև, որ բարձր լարման տակ ցիկլի կյանքը շատ ավելի վատ է, քան ցածր լարման դեպքում: Բևեռացման, △V և ցիկլի ժամանակների հարմարեցման ֆունկցիայի միջոցով կարելի է ստանալ հետևյալ ցուցանիշը.

Պատկերն

Կարելի է տեսնել, որ △V մարտկոցը փոքր է ցածր անջատման լարման ժամանակ հեծանիվ վարելիս, բայց երբ լարումը բարձրանում է 4.3 Վ-ից, △V-ը կտրուկ աճում է, և մարտկոցի բևեռացումը մեծանում է, ինչը մեծապես ազդում է մարտկոցի աշխատանքի վրա: Նկարից երևում է նաև, որ VC-ի և PES211-ի △V փոփոխության արագությունը տարբեր է, ինչը հետագայում հաստատում է, որ մարտկոցի բևեռացման աստիճանը և արագությունը տարբեր են տարբեր էլեկտրոլիտային հավելումներով:

Մարտկոցի մակաբույծ ռեակցիայի հավանականությունը վերլուծելու համար օգտագործվել է իզոթերմային միկրոկալորիմետրիա: Պարամետրեր, ինչպիսիք են բևեռացումը, էնտրոպիան և մակաբուծական ջերմային հոսքը, արդյունահանվել են rSOC-ի հետ ֆունկցիոնալ հարաբերություններ ստեղծելու համար, ինչպես ցույց է տրված ստորև նկարում.

Պատկերն

Ցույց է տրվում, որ 4.2 Վ-ից բարձր մակաբուծական ջերմության հոսքը հանկարծակի է աճում, քանի որ բարձր դելիթիումային անոդի մակերեսը հեշտությամբ արձագանքում է էլեկտրոլիտի հետ բարձր լարման ժամանակ: Սա նաև բացատրում է, թե ինչու որքան բարձր է լիցքավորման և լիցքաթափման լարումը, այնքան ավելի արագ է նվազում մարտկոցի պահպանման արագությունը:

Պատկերն

III. NCM811-ն ունի վատ անվտանգություն

Շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի բարձրացման պայմաններում NCM811-ի ռեակցիայի ակտիվությունը էլեկտրոլիտով լիցքավորման վիճակում շատ ավելի մեծ է, քան NCM111-ը։ Հետևաբար, NCM811 մարտկոցի արտադրության օգտագործումը դժվար է անցնել ազգային պարտադիր սերտիֆիկացում:

Պատկերն

Նկարը NCM811-ի և NCM111-ի ինքնատաքացման արագությունների գրաֆիկն է 70℃-ից մինչև 350℃: Նկարը ցույց է տալիս, որ NCM811-ը սկսում է տաքանալ մոտավորապես 105℃ ջերմաստիճանում, մինչդեռ NCM111-ը՝ մինչև 200℃: NCM811-ն ունի 1℃/րոպե ջեռուցման արագություն 200℃-ից, մինչդեռ NCM111-ն ունի 0.05℃/րոպե ջեռուցման արագություն, ինչը նշանակում է, որ NCM811/ գրաֆիտային համակարգը դժվար է ստանալ անվտանգության պարտադիր հավաստագիր:

Բարձր էներգիայի խտության մարտկոցի հիմնական նյութը ապագայում անպայման կլինի բարձր նիկելային կենդանի նյութը: Ինչպե՞ս լուծել NCM811 մարտկոցի արագ քայքայման խնդիրը: Նախ, NCM811-ի մասնիկների մակերեսը փոփոխվել է դրա կատարումը բարելավելու համար: Երկրորդը էլեկտրոլիտի օգտագործումն է, որը կարող է նվազեցնել երկուսի մակաբուծական ռեակցիան, որպեսզի բարելավվի դրա ցիկլի կյանքը և անվտանգությունը: Պատկերն

Երկար սեղմեք՝ QR կոդը ճանաչելու համար, ավելացրեք լիթիում π:

Բարի գալուստ կիսվելու: