Bahan terner nikel-kobalt-mangan adalah salah satu bahan utama baterai daya saat ini. Ketiga unsur tersebut memiliki arti yang berbeda untuk bahan katoda, di antaranya unsur nikel untuk meningkatkan kapasitas baterai. Semakin tinggi kandungan nikel, semakin tinggi kapasitas spesifik material. NCM811 memiliki kapasitas spesifik 200mAh/g dan platform pelepasan sekitar 3.8V, yang dapat dibuat menjadi baterai dengan kepadatan energi tinggi. Namun, masalah baterai NCM811 adalah keamanan yang buruk dan pembusukan siklus hidup yang cepat. Apa alasan yang memengaruhi masa pakai dan keamanan siklusnya? Bagaimana cara mengatasi masalah ini? Berikut analisis mendalamnya:

NCM811 dibuat menjadi baterai kancing (NCM811/Li) dan baterai kemasan fleksibel (NCM811/ grafit), dan masing-masing diuji kapasitas gram dan kapasitas baterai penuhnya. Baterai soft-pack dibagi menjadi empat kelompok untuk eksperimen faktor tunggal. Variabel parameternya adalah tegangan cut-off, yaitu masing-masing 4.1V, 4.2V, 4.3V dan 4.4V. Pertama, baterai didaur ulang dua kali pada 0.05c dan kemudian pada 0.2C pada 30℃. Setelah 200 siklus, kurva siklus baterai soft pack ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Dapat dilihat dari gambar bahwa di bawah kondisi tegangan cut-off tinggi, kapasitas gram bahan hidup dan baterai sama-sama tinggi, tetapi kapasitas gram baterai dan bahan juga lebih cepat membusuk. Sebaliknya, pada tegangan cut-off yang lebih rendah (di bawah 4.2V), kapasitas baterai menurun secara perlahan dan masa pakai siklus lebih lama.

Dalam percobaan ini, reaksi parasit dipelajari dengan kalorimetri isotermal dan degradasi struktur dan morfologi bahan katoda selama proses siklus dipelajari dengan XRD dan SEM. Kesimpulannya adalah sebagai berikut:

Gambar

Pertama, perubahan struktural bukanlah penyebab utama penurunan masa pakai baterai

Hasil XRD dan SEM menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan yang nyata pada morfologi partikel dan struktur atom baterai dengan elektroda dan tegangan cut-off 4.1V, 4.2V, 4.3V dan 4.4V setelah 200 siklus pada 0.2c. Oleh karena itu, perubahan struktural yang cepat dari materi hidup selama pengisian dan pengosongan bukanlah alasan utama penurunan masa pakai baterai. Sebaliknya, reaksi parasit pada antarmuka antara elektrolit dan partikel materi hidup yang sangat reaktif dalam keadaan delithium adalah penyebab utama berkurangnya masa pakai baterai pada siklus tegangan tinggi 4.2V.

(1) SEM

Gambar

Gambar

A1 dan A2 adalah gambar SEM baterai tanpa sirkulasi. B ~ E adalah gambar SEM dari bahan hidup elektroda positif setelah 200 siklus di bawah kondisi 0.5C dan tegangan cut-off pengisian masing-masing 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V. Sisi kiri adalah gambar mikroskop elektron dengan perbesaran rendah dan sisi kanan adalah gambar mikroskop elektron dengan perbesaran tinggi. Seperti dapat dilihat dari gambar di atas, tidak ada perbedaan yang signifikan dalam morfologi partikel dan tingkat kerusakan antara baterai yang bersirkulasi dan baterai yang tidak bersirkulasi.

(2) gambar XRD

Seperti dapat dilihat dari gambar di atas, tidak ada perbedaan yang jelas antara kelima puncak dalam bentuk dan posisi.

(3) Perubahan parameter kisi

Gambar

Seperti yang dapat dilihat dari tabel, poin-poin berikut:

1. Konstanta kisi pelat kutub tidak bersiklus konsisten dengan bubuk hidup NCM811. Ketika tegangan pemutus siklus adalah 4.1V, konstanta kisi tidak berbeda secara signifikan dari dua sebelumnya, dan sumbu C sedikit meningkat. Konstanta kisi sumbu C dengan 4.2V, 4.3V dan 4.4V tidak berbeda nyata dengan 4.1V (0.004 angm), sedangkan data pada sumbu A cukup berbeda.

2. Tidak ada perubahan kandungan Ni yang signifikan pada kelima kelompok.

3. Pelat kutub dengan tegangan sirkulasi 4.1V pada 44.5° menunjukkan FWHM yang besar, sedangkan kelompok kontrol lainnya menunjukkan FWHM yang serupa.

Dalam proses pengisian dan pengosongan baterai, sumbu C memiliki penyusutan dan ekspansi yang besar. Pengurangan masa pakai baterai pada tegangan tinggi bukan karena perubahan struktur materi hidup. Oleh karena itu, tiga poin di atas membuktikan bahwa perubahan struktural bukanlah alasan utama penurunan masa pakai baterai.

Gambar

Kedua, masa pakai baterai NCM811 terkait dengan reaksi parasit dalam baterai

NCM811 dan grafit dibuat menjadi sel paket fleksibel menggunakan elektrolit yang berbeda. Sebaliknya, 2% VC dan PES211 masing-masing ditambahkan ke elektrolit kedua kelompok, dan tingkat pemeliharaan kapasitas dari kedua kelompok menunjukkan perbedaan besar setelah siklus baterai.

Gambar

Menurut gambar di atas, ketika tegangan pemutusan baterai dengan VC 2% adalah 4.1V, 4.2V, 4.3V dan 4.4V, tingkat pemeliharaan kapasitas baterai setelah 70 siklus adalah 98%, 98%, 91 % dan 88%, masing-masing. Setelah hanya 40 siklus, tingkat pemeliharaan kapasitas baterai dengan menambahkan PES211 menurun menjadi 91%, 82%, 82%, 74%. Yang penting, dalam percobaan sebelumnya, masa pakai baterai sistem NCM424/ grafit dan NCM111/ grafit dengan PES211 lebih baik daripada dengan 2% VC. Ini mengarah pada asumsi bahwa aditif elektrolit memiliki dampak signifikan pada masa pakai baterai dalam sistem nikel tinggi.

Dapat juga dilihat dari data di atas bahwa siklus hidup di bawah tegangan tinggi jauh lebih buruk daripada di bawah tegangan rendah. Melalui fungsi fitting polarisasi, V dan waktu siklus, dapat diperoleh gambar berikut:

Gambar

Dapat dilihat bahwa V baterai kecil ketika bersepeda pada tegangan cut-off rendah, tetapi ketika tegangan naik di atas 4.3V, V meningkat tajam dan polarisasi baterai meningkat, yang sangat mempengaruhi masa pakai baterai. Dapat juga dilihat dari gambar bahwa laju perubahan V dari VC dan PES211 berbeda, yang selanjutnya membuktikan bahwa derajat dan kecepatan polarisasi baterai berbeda dengan aditif elektrolit yang berbeda.

Mikrokalorimetri isotermal digunakan untuk menganalisis probabilitas reaksi parasit baterai. Parameter seperti polarisasi, entropi dan aliran panas parasit diekstraksi untuk membuat hubungan fungsional dengan rSOC, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Gambar

Di atas 4.2V, aliran panas parasit terlihat meningkat secara tiba-tiba, karena permukaan anoda yang sangat delitium mudah bereaksi dengan elektrolit pada tegangan tinggi. Ini juga menjelaskan mengapa semakin tinggi tegangan pengisian dan pengosongan, semakin cepat tingkat perawatan baterai menurun.

Gambar

Aku aku aku. NCM811 memiliki keamanan yang buruk

Di bawah kondisi peningkatan suhu lingkungan, aktivitas reaksi NCM811 dalam keadaan pengisian dengan elektrolit jauh lebih besar daripada NCM111. Oleh karena itu, penggunaan baterai produksi NCM811 sulit lolos sertifikasi wajib nasional.

Gambar

Angka tersebut adalah grafik tingkat pemanasan sendiri NCM811 dan NCM111 antara 70℃ dan 350℃. Gambar tersebut menunjukkan bahwa NCM811 mulai memanas pada sekitar 105℃, sedangkan NCM111 tidak sampai 200℃. NCM811 memiliki tingkat pemanasan 1℃/menit dari 200℃, sedangkan NCM111 memiliki tingkat pemanasan 0.05℃/menit, yang berarti bahwa sistem NCM811/ grafit sulit untuk mendapatkan sertifikasi keselamatan wajib.

Materi hidup nikel tinggi pasti akan menjadi bahan utama baterai kepadatan energi tinggi di masa depan. Bagaimana mengatasi masalah pembusukan yang cepat dari masa pakai baterai NCM811? Pertama, permukaan partikel NCM811 dimodifikasi untuk meningkatkan kinerjanya. Yang kedua adalah menggunakan elektrolit yang dapat mengurangi reaksi parasit dari keduanya, sehingga dapat meningkatkan umur siklus dan keamanannya. Gambar

Tekan lama untuk mengidentifikasi kode QR, tambahkan lithium !

Selamat datang untuk berbagi!