ニッケル-コバルト-マンガンの三元材料は、現在のパワーバッテリーの主要な材料の811つです。 ３つの元素は陰極材料に対して異なる意味を持ち、その中でニッケル元素は電池の容量を改善することです。 ニッケル含有量が高いほど、材料固有の容量が高くなります。 NCM200は3.8mAh / gの比容量と約811Vの放電プラットフォームを備えており、高エネルギー密度のバッテリーにすることができます。 ただし、NCMXNUMXバッテリーの問題は、安全性が低く、サイクル寿命が短くなることです。 そのサイクル寿命と安全性に影響を与える理由は何ですか？ この問題を解決する方法は？ 以下は詳細な分析です。

NCM811はボタン電池（NCM811 / Li）とフレキシブルパック電池（NCM811 /グラファイト）になり、それぞれグラム容量とフル電池容量をテストしました。 ソフトパックバッテリーは、単一因子実験のために4.1つのグループに分けられました。 パラメータ変数はカットオフ電圧で、それぞれ4.2V、4.3V、4.4V、0.05Vでした。 最初に、バッテリーを0.2cで30回サイクルし、次に200℃でXNUMXCでサイクルしました。 XNUMXサイクル後、ソフトパックのバッテリーサイクル曲線を次の図に示します。

この図から、カットオフ電圧が高い状態では、生物と電池のグラム容量はどちらも高いが、電池と材料のグラム容量も早く減衰することがわかります。 逆に、より低いカットオフ電圧（4.2V未満）では、バッテリー容量はゆっくりと低下し、サイクル寿命は長くなります。

この実験では、寄生反応を等温熱量測定によって研究し、サイクリングプロセス中のカソード材料の構造と形態の劣化をXRDとSEMによって研究しました。 結論は次のとおりです。

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まず、構造変化はバッテリーサイクル寿命の低下の主な原因ではありません

XRDとSEMの結果は、4.1cで4.2サイクル後、電極とカットオフ電圧が4.3V、4.4V、200V、0.2Vのバッテリーの粒子形態と原子構造に明らかな違いがないことを示しました。 したがって、充電および放電中の生物の急速な構造変化は、バッテリーサイクル寿命の低下の主な理由ではありません。 代わりに、電解質と脱リチウム状態の生体物質の反応性の高い粒子との間の界面での寄生反応が、4.2Vの高電圧サイクルでのバッテリー寿命の低下の主な原因です。

（1）SEM

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A1とA2は、循環していないバッテリーのSEM画像です。 B〜Eは、それぞれ200V / 0.5V / 4.1V /4.2Vの充電遮断電圧と4.3C条件下で4.4サイクル後の正極生体材料のSEM画像です。 左側は低倍率の電子顕微鏡画像、右側は高倍率の電子顕微鏡画像です。 上の図からわかるように、循環電池と非循環電池の粒子形態や破損度に大きな違いはありません。

（2）XRD画像

上の図からわかるように、形状と位置のXNUMXつのピークの間に明らかな違いはありません。

（3）格子定数の変更

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表からわかるように、次の点があります。

1.サイクルされていない極性プレートの格子定数は、NCM811ライブパウダーの格子定数と一致しています。 サイクルカットオフ電圧が4.1Vの場合、格子定数は前の4.2つと大きく変わらず、C軸は少し増加します。 4.3V、4.4V、4.1VのC軸の格子定数は0.004V（XNUMX angms）の格子定数と大きく異なりませんが、A軸のデータはかなり異なります。

2つのグループでNi含有量に有意な変化はありませんでした。

3. 4.1°で循環電圧が44.5Vの極性プレートは、大きなFWHMを示しますが、他のコントロールグループも同様のFWHMを示します。

バッテリーの充放電過程では、C軸の収縮と膨張が大きくなります。 高電圧でのバッテリーサイクル寿命の低下は、生物構造の変化によるものではありません。 したがって、上記のXNUMXつのポイントは、構造の変化がバッテリサイクル寿命の低下の主な理由ではないことを示しています。

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第二に、NCM811バッテリーのサイクル寿命は、バッテリーの寄生反応に関連しています。

NCM811とグラファイトは、異なる電解質を使用して柔軟なパックセルになります。 対照的に、2％VCとPES211は、それぞれXNUMXつのグループの電解質に追加され、XNUMXつのグループの容量維持率は、バッテリーサイクル後に大きな違いを示しました。

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上の図によると、2％VCのバッテリーのカットオフ電圧が4.1V、4.2V、4.3V、4.4Vの場合、70サイクル後のバッテリーの容量維持率は98％、98％、91です。それぞれ％と88％。 わずか40サイクル後、PES211を追加したバッテリーの容量維持率は91％、82％、82％、74％に減少しました。 重要なことに、以前の実験では、PES424を使用したNCM111 /グラファイトおよびNCM211 /グラファイトシステムのバッテリーサイクル寿命は、2％VCを使用した場合よりも長かった。 これは、電解質添加剤が高ニッケルシステムのバッテリー寿命に大きな影響を与えるという仮定につながります。

上記のデータから、高電圧下でのサイクル寿命は低電圧下でのサイクル寿命よりもはるかに悪いことがわかります。 分極、△V、サイクル時間のフィッティング機能により、次の図が得られます。

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低いカットオフ電圧でサイクリングする場合、バッテリーの△Vは小さいことがわかりますが、電圧が4.3Vを超えると、△Vが急激に増加し、バッテリーの分極が増加し、バッテリーの寿命に大きく影響します。 また、図からVCとPES211の△V変化率が異なることがわかり、電解質添加剤によって電池の分極度と速度が異なることがさらにわかります。

等温マイクロカロリメトリーを使用して、バッテリーの寄生反応確率を分析しました。 次の図に示すように、分極、エントロピー、寄生熱流などのパラメーターを抽出して、rSOCとの機能的な関係を作成しました。

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4.2Vを超えると、高電圧で高脱リチウムアノード表面が電解質と容易に反応するため、寄生熱流が急激に増加することが示されています。 これは、充電電圧と放電電圧が高いほど、バッテリーのメンテナンス率が低下する理由も説明しています。

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Iii。 NCM811のセキュリティは不十分です

周囲温度を上げる条件下では、電解液を充電した状態でのNCM811の反応活性はNCM111の反応活性よりもはるかに大きくなります。 したがって、バッテリーのNCM811生産の使用は、国家の強制認証に合格することは困難です。

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この図は、811℃から111℃の間のNCM70とNCM350の自己発熱率のグラフです。 この図は、NCM811が約105℃で加熱し始めるのに対し、NCM111は200℃まで加熱しないことを示しています。 NCM811の加熱速度は1℃から200℃/分ですが、NCM111の加熱速度は0.05℃/分であるため、NCM811 /グラファイトシステムは必須の安全認証を取得することが困難です。

将来的には、高ニッケル生物が高エネルギー密度電池の主原料となるでしょう。 NCM811のバッテリー寿命の急激な低下の問題を解決するにはどうすればよいですか？ まず、NCM811の粒子表面を変更して、その性能を向上させました。 XNUMXつ目は、サイクル寿命と安全性を向上させるために、XNUMXつの寄生反応を低減できる電解質を使用することです。 絵

長押ししてQRコードを識別し、リチウムπを追加します！

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