Никель-кобальт-марганец үштік материалы қазіргі қуат батареясының негізгі материалдарының бірі болып табылады. Үш элементтің катодтық материал үшін әртүрлі мағыналары бар, олардың арасында никель элементі батареяның сыйымдылығын жақсарту болып табылады. Никель мөлшері неғұрлым жоғары болса, материалдың меншікті сыйымдылығы соғұрлым жоғары болады. NCM811 нақты сыйымдылығы 200 мАч/г және разряд платформасы шамамен 3.8 В, оны энергия тығыздығы жоғары батареяға айналдыруға болады. Дегенмен, NCM811 батареясының мәселесі қауіпсіздіктің төмендігі және циклдің жылдам ыдырауы. Оның циклінің қызмет ету мерзімі мен қауіпсіздігіне әсер ететін себептер қандай? Бұл мәселені қалай шешуге болады? Төменде терең талдау берілген:

NCM811 түймелік батареяға (NCM811/Li) және икемді батареяға (NCM811/ графит) жасалған және оның грамм сыйымдылығы мен толық батарея сыйымдылығы тиісінше сыналған. Жұмсақ батарея бір факторлы эксперимент үшін төрт топқа бөлінді. Параметрдің айнымалы мәні кесу кернеуі болды, ол сәйкесінше 4.1В, 4.2В, 4.3В және 4.4В болды. Алдымен, батарея 0.05c температурада, содан кейін 0.2C температурада 30 ℃ температурада екі рет айналдырылды. 200 циклден кейін жұмсақ буманың батарея циклінің қисығы төмендегі суретте көрсетілген:

Суреттен жоғары ажырату кернеуі жағдайында тірі зат пен аккумулятордың грамм сыйымдылығы жоғары болатынын көруге болады, бірақ батарея мен материалдың грамм сыйымдылығы да тезірек ыдырайды. Керісінше, төменгі ажырату кернеуінде (4.2 В төмен) батарея сыйымдылығы баяу төмендейді және циклдің қызмет ету мерзімі ұзарады.

Бұл тәжірибеде паразиттік реакция изотермиялық калориметрия арқылы зерттелді және циклдік процесс кезінде катодты материалдардың құрылымы мен морфологиялық ыдырауы XRD және SEM арқылы зерттелді. Қорытындылар келесідей:

Сурет

Біріншіден, құрылымдық өзгерістер батареяның қызмет ету мерзімінің қысқаруының негізгі себебі емес

XRD және SEM нәтижелері 4.1c кезінде 4.2 циклден кейін электродты және 4.3В, 4.4В, 200В және 0.2В ажырату кернеуі бар батареяның бөлшектердің морфологиясы мен атомдық құрылымында айқын айырмашылық жоқ екенін көрсетті. Сондықтан зарядтау және разрядтау кезінде тірі материяның тез құрылымдық өзгеруі батареяның қызмет ету мерзімінің қысқаруының негізгі себебі емес. Оның орнына, электролит пен делитий күйіндегі тірі заттың жоғары реактивті бөлшектері арасындағы интерфейстегі паразиттік реакциялар 4.2 В жоғары кернеу циклінде батареяның қызмет ету мерзімінің қысқаруының негізгі себебі болып табылады.

(1) SEM

Сурет

Сурет

A1 және A2 – айналымсыз батареяның SEM кескіндері. B ~ E сәйкесінше 200В/0.5В/4.1В/4.2В зарядтауды ажырату кернеуі 4.3С жағдайында 4.4 циклден кейінгі оң электродты тірі материалдың SEM кескіндері. Сол жағы – төмен үлкейту кезіндегі электронды микроскоптың кескіні және оң жағы – жоғары үлкейтілген электрондық микроскоптың кескіні. Жоғарыдағы суреттен көрініп тұрғандай, айналмалы батарея мен айналмайтын батарея арасында бөлшектердің морфологиясы мен сыну дәрежесінде айтарлықтай айырмашылық жоқ.

(2) XRD кескіндері

Жоғарыдағы суреттен көрініп тұрғандай, пішіні мен орналасуы бойынша бес шыңның арасында айқын айырмашылық жоқ.

(3) Тор параметрлерін өзгерту

Сурет

Кестеден көрініп тұрғандай, келесі тармақтар:

1. Айланбаған полярлық пластиналардың тор константалары NCM811 тірі ұнтағымен сәйкес келеді. Циклды тоқтату кернеуі 4.1В болғанда, тор тұрақтысы алдыңғы екеуінен айтарлықтай ерекшеленбейді, ал С осі аздап өседі. С осінің 4.2В, 4.3В және 4.4В тор константалары 4.1В (0.004 ангмс) кернеуінен айтарлықтай ерекшеленбейді, ал А осіндегі деректер мүлдем басқаша.

2. Бес топта Ni мазмұнында айтарлықтай өзгеріс болған жоқ.

3. Айналмалы кернеуі 4.1 В 44.5° полярлық пластиналар үлкен FWHM көрсетеді, ал басқа бақылау топтары ұқсас FWHM көрсетеді.

Аккумуляторды зарядтау және зарядсыздандыру процесінде С осі үлкен шөгу мен кеңеюге ие. Жоғары кернеулерде батареяның қызмет ету мерзімінің қысқаруы тірі материя құрылымының өзгеруіне байланысты емес. Сондықтан, жоғарыда аталған үш тармақ құрылымдық өзгерістер батареяның қызмет ету мерзімінің қысқаруының негізгі себебі емес екенін растайды.

Сурет

Екіншіден, NCM811 батареясының қызмет ету мерзімі батареядағы паразиттік реакциямен байланысты

NCM811 және графит әртүрлі электролиттер арқылы икемді қаптама жасушаларына жасалады. Керісінше, екі топтың электролитіне сәйкесінше 2% VC және PES211 қосылды және екі топтың сыйымдылығын сақтау жылдамдығы батарея циклінен кейін үлкен айырмашылықты көрсетті.

Сурет

Жоғарыдағы суретке сәйкес, 2% VC бар аккумулятордың өшіру кернеуі 4.1V, 4.2V, 4.3V және 4.4V болғанда, 70 циклден кейін батареяның сыйымдылығын сақтау жылдамдығы 98%, 98%, 91 құрайды. тиісінше % және 88%. Бар болғаны 40 циклден кейін PES211 қосылған батареяның сыйымдылығына қызмет көрсету жылдамдығы 91%, 82%, 82%, 74% дейін төмендеді. Маңыздысы, алдыңғы тәжірибелерде PES424 бар NCM111/ графит және NCM211/ графит жүйелерінің батарея циклінің қызмет ету мерзімі 2% VC-пен салыстырғанда жақсырақ болды. Бұл электролиттік қоспалар жоғары никельді жүйелерде батареяның қызмет ету мерзіміне айтарлықтай әсер етеді деген болжамға әкеледі.

Сондай-ақ жоғарыда келтірілген деректерден жоғары кернеу кезінде циклдің қызмет ету мерзімі төмен кернеуге қарағанда әлдеқайда нашар екенін көруге болады. Поляризация, △V және цикл уақытының фитингтік функциясы арқылы келесі суретті алуға болады:

Сурет

Көріп отырғаныңыздай, △V батареясы төмен өшіру кернеуінде велосипедпен жүру кезінде кішкентай, бірақ кернеу 4.3 В-тан жоғары көтерілгенде, △V күрт артады және батареяның поляризациясы артады, бұл батареяның қызмет ету мерзіміне айтарлықтай әсер етеді. Сондай-ақ, суреттен VC және PES211 △V өзгеру жылдамдығы әртүрлі екенін көруге болады, бұл әр түрлі электролиттік қоспалармен батареяның поляризация дәрежесі мен жылдамдығының әр түрлі екенін одан әрі тексереді.

Аккумулятордың паразиттік реакция ықтималдығын талдау үшін изотермиялық микрокалориметрия қолданылды. Поляризация, энтропия және паразиттік жылу ағыны сияқты параметрлер төмендегі суретте көрсетілгендей rSOC-пен функционалдық қатынас жасау үшін алынды:

Сурет

4.2 В жоғары, паразиттік жылу ағыны кенеттен артады, өйткені жоғары делитий анодты беті электролитпен жоғары кернеуде оңай әрекеттеседі. Бұл сондай-ақ зарядтау және разряд кернеуі неғұрлым жоғары болса, батареяға қызмет көрсету жылдамдығы соғұрлым тезірек төмендейтінін түсіндіреді.

Сурет

III. NCM811 қауіпсіздігі нашар

Қоршаған орта температурасының жоғарылауы жағдайында электролитпен зарядталған күйде NCM811 реакциясының белсенділігі NCM111-ге қарағанда әлдеқайда жоғары. Сондықтан NCM811 аккумулятор өндірісін пайдалану ұлттық міндетті сертификаттаудан өту қиын.

Сурет

Сурет NCM811 және NCM111 70℃ және 350℃ аралығындағы өздігінен қызу жылдамдығының графигі болып табылады. Сурет NCM811 шамамен 105 ℃ температурада қыза бастайтынын көрсетеді, ал NCM111 200 ℃ дейін емес. NCM811 жылыту жылдамдығы 1℃-ден 200℃/мин, ал NCM111-де 0.05℃/мин қыздыру жылдамдығы бар, бұл NCM811/ графит жүйесінің міндетті қауіпсіздік сертификатын алу қиын екенін білдіреді.

Жоғары никельді тірі зат болашақта жоғары энергия тығыздығы бар батареяның негізгі материалы болады. NCM811 батареясының қызмет ету мерзімінің тез ыдырауы мәселесін қалай шешуге болады? Біріншіден, NCM811 бөлшектерінің беті оның жұмысын жақсарту үшін өзгертілді. Екіншісі – бұл екеуінің паразиттік реакциясын азайтатын электролит пайдалану, осылайша оның циклінің қызмет ету мерзімі мен қауіпсіздігін жақсарту. Сурет

QR кодын анықтау үшін ұзақ басып тұрыңыз, литий π қосыңыз!

Бөлісуге қош келдіңіз!