Никель-кобальт-марганец тернардык материал азыркы электр батареясынын негизги материалдарынын бири болуп саналат. Үч элемент катод материалы үчүн ар кандай мааниге ээ, алардын арасында никель элементи батареянын кубаттуулугун жакшыртуу болуп саналат. Никелдин мазмуну канчалык жогору болсо, материалдын өзгөчө кубаттуулугу ошончолук жогору болот. NCM811 өзгөчө кубаттуулугу 200mAh/g жана разряд платформасы болжол менен 3.8V, аны энергиянын тыгыздыгы жогору батарейкага жасоого болот. Бирок, NCM811 батарейканын көйгөйү коопсуздуктун начардыгы жана циклдин тез бузулушу. Анын циклинин өмүрүнө жана коопсуздугуна кандай себептер таасир этет? Бул маселени кантип чечүү керек? Төмөндө терең талдоо болуп саналат:

NCM811 баскычтуу батарейкага (NCM811/Li) жана ийкемдүү пакеттик батарейкага (NCM811/ графит) жасалган жана анын грамм сыйымдуулугу жана толук батарея сыйымдуулугу тиешелүү түрдө сыналган. Жумшак пакеттик батарея бир фактордук эксперимент үчүн төрт топко бөлүнгөн. Параметрдин өзгөрүлмө бөлүгү кесүү чыңалуу болду, ал тиешелүүлүгүнө жараша 4.1V, 4.2V, 4.3V жана 4.4V болгон. Биринчиден, батарея эки жолу 0.05 градуста, андан кийин 0.2 градуста 30 градуста айлантылды. 200 циклден кийин жумшак пакеттин батарея циклинин ийри сызыгы төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөн:

Сүрөттөн көрүнүп тургандай, жогорку өчүрүү чыңалуусу шартында тирүү заттын жана аккумулятордун граммдык сыйымдуулугу жогору, бирок батареянын жана материалдын грамм сыйымдуулугу да тез чирийт. Тескерисинче, төмөнкү өчүрүү чыңалууларында (4.2 Вдан төмөн) батареянын сыйымдуулугу акырындык менен начарлайт жана циклдин иштөө мөөнөтү узарат.

Бул экспериментте паразиттик реакция изотермикалык калориметрия жана цикл процессинде катоддук материалдардын структурасы жана морфологиясынын бузулушу XRD жана SEM аркылуу изилденген. Корутундулар төмөнкүдөй:

Сүрөт

Биринчиден, структуралык өзгөрүү батареянын иштөө мөөнөтүн кыскартуунун негизги себеби эмес

XRD жана SEM натыйжалары 4.1c боюнча 4.2 циклден кийин 4.3V, 4.4V, 200V жана 0.2V кесүү чыңалуудагы электрод менен батареянын бөлүкчөлөрүнүн морфологиясында жана атомдук түзүлүшүндө эч кандай айкын айырма жок экенин көрсөттү. Демек, заряддоо жана разряддоо учурунда тирүү заттын тез структуралык өзгөрүшү батареянын иштөө мөөнөтүн кыскартуунун негизги себеби эмес. Анын ордуна, 4.2V жогорку чыңалуу циклинде батареянын иштөө мөөнөтүн кыскартуунун негизги себеби, электролит менен тирүү заттын жогорку реактивдүү бөлүкчөлөрүнүн ортосундагы интерфейсте мителик реакциялар болуп саналат.

(1) SEM

Сүрөт

Сүрөт

A1 жана A2 – жүгүртүүсү жок батареянын SEM сүрөттөрү. B ~ E 200cycle 0.5C шартында жана тиешелүүлүгүнө жараша 4.1V / 4.2V / 4.3V / 4.4V кубаттоо кесүү чыңалуудан кийин оң электроддун жашоо материалынын SEM сүрөттөрү. Сол жагы аз чоңойтуудагы электрондук микроскоптун сүрөтү жана оң жагы – жогорку чоңойтуудагы электрондук микроскоптун сүрөтү. Жогорудагы сүрөттө көрүнүп тургандай, бөлүкчөлөрдүн морфологиясы жана сынуу даражасы боюнча циркуляциядагы батарея менен айланбаган батареянын ортосунда олуттуу айырма жок.

(2) XRD сүрөттөрү

Жогорудагы сүрөттө көрүнүп тургандай, формасы жана абалы боюнча беш чоку ортосунда эч кандай ачык айырма жок.

(3) Торлордун параметрлерин өзгөртүү

Сүрөт

Таблицадан көрүнүп тургандай, төмөнкү пункттар:

1. Айланбаган полярдык плиталардын решетка константалары NCM811 жандуу порошок менен шайкеш келет. Циклди өчүрүү чыңалуусу 4.1В болгондо тор константасы мурунку экөөнөн анча деле айырмаланбайт жана С огу бир аз жогорулайт. 4.2V, 4.3V жана 4.4V менен С огунун тор константалары 4.1V (0.004 ангмс) менен айырмаланбайт, ал эми А огу боюнча маалыматтар такыр башкача.

2. Беш тайпада Ni мазмунунда олуттуу өзгөрүү болгон жок.

3. 4.1° боюнча 44.5V айлануучу чыңалуу менен полярдык плиталар чоң FWHM көрсөтөт, ал эми башка башкаруу топтору окшош FWHM көрсөтөт.

Батареяны заряддоо жана кубаттоо процессинде С огу чоң кичирейүү жана кеңейүүгө ээ. Жогорку чыңалуудагы батареянын иштөө мөөнөтүн кыскартуу тирүү материянын түзүлүшүндөгү өзгөрүүлөргө байланыштуу эмес. Ошондуктан, жогоруда айтылган үч пункт структуралык өзгөрүү батареянын иштөө мөөнөтүн кыскартуунун негизги себеби эмес экенин тастыктайт.

Сүрөт

Экинчиден, NCM811 батарейкасынын иштөө мөөнөтү батареядагы мителик реакцияга байланыштуу

NCM811 жана графит ар кандай электролиттерди колдонуу менен ийкемдүү пакет клеткаларына жасалган. Ал эми, эки топтун электролитине 2% VC жана PES211 кошулуп, эки топтун кубаттуулугун тейлөө курсу батареянын циклинен кийин чоң айырманы көрсөттү.

Сүрөт

Жогорудагы сүрөткө ылайык, 2% VC менен батареянын өчүрүү чыңалуусу 4.1V, 4.2V, 4.3V жана 4.4V болгондо, 70 циклден кийин аккумулятордун кубаттуулугун тейлөө ылдамдыгы 98%, 98%, 91. % жана 88%, тиешелүүлүгүнө жараша. 40 гана циклден кийин, PES211 кошулган батареянын кубаттуулугун тейлөө ылдамдыгы 91%, 82%, 82%, 74% га чейин төмөндөдү. Маанилүү нерсе, мурунку эксперименттерде PES424 менен NCM111/ графит жана NCM211/ графит системаларынын батареянын иштөө мөөнөтү 2% VC менен караганда жакшыраак болгон. Бул электролит кошумчалары жогорку никель системаларында батареянын иштөө мөөнөтүнө олуттуу таасирин тийгизет деген божомолго алып келет.

Ошондой эле жогорудагы маалыматтардан көрүнүп тургандай, жогорку чыңалуудагы циклдин иштөө мөөнөтү төмөн чыңалуудагыга караганда алда канча начар. Поляризациянын, △V жана цикл убакыттарынын ылайыктуу функциясы аркылуу төмөнкү көрсөткүчтү алууга болот:

Сүрөт

Көрүнүп тургандай, △V батарейкасы төмөн өчүрүлгөн чыңалууда велосипедде жүргөндө кичинекей, бирок чыңалуу 4.3V жогору көтөрүлгөндө, △V кескин көбөйөт жана батареянын поляризациясы күчөйт, бул батареянын иштөө мөөнөтүнө чоң таасирин тийгизет. Сүрөттөн VC жана PES211дин △V өзгөрүү ылдамдыгы ар кандай экенин көрүүгө болот, бул андан ары батарейканын поляризациясынын даражасы жана ылдамдыгы ар кандай электролит кошумчалары менен ар кандай экенин текшерет.

Батареянын паразиттик реакция ыктымалдыгын талдоо үчүн изотермикалык микрокалориметрия колдонулган. rSOC менен функционалдык байланыш түзүү үчүн поляризация, энтропия жана паразиттик жылуулук агымы сыяктуу параметрлер төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөн:

Сүрөт

4.2V жогору, мите жылуулук агымы күтүлбөгөн жерден көбөйөт, анткени жогорку делитий анод бети жогорку чыңалуудагы электролит менен оңой реакцияга кирет. Бул ошондой эле эмне үчүн заряддын жана разряддын чыңалуусу канчалык жогору болсо, батареяны тейлөө ылдамдыгы ошончолук тезирээк төмөндөй турганын түшүндүрөт.

Сүрөт

Iii. NCM811 начар коопсуздукка ээ

Айлана-чөйрөнүн температурасын жогорулатуу шартында NCM811 реакциясынын активдүүлүгү электролит менен заряддалган абалда NCM111ге караганда бир топ жогору. Ошондуктан, батареянын NCM811 өндүрүшүн колдонуу улуттук милдеттүү күбөлүктөн өтүү кыйын.

Сүрөт

Бул көрсөткүч NCM811 жана NCM111дин 70℃ менен 350℃ ортосундагы өзүн-өзү жылытуу ылдамдыгынын графиги. Сүрөт NCM811 болжол менен 105 ℃ ысый баштаганын көрсөтүп турат, ал эми NCM111 200 ℃ чейин эмес. NCM811 жылытуу ылдамдыгы 1 ℃ден 200℃/мин, ал эми NCM111 0.05℃/мин жылытуу ылдамдыгына ээ, бул NCM811/ графит тутумунун милдеттүү коопсуздук сертификатын алуу кыйын экенин билдирет.

Жогорку никель тирүү зат келечекте жогорку энергия тыгыздыктагы батареянын негизги материалы болуп калат. NCM811 батарейканын иштөө мөөнөтү тез бузулуу маселесин кантип чечсе болот? Биринчиден, NCM811 бөлүкчөлөрүнүн бети анын ишин жакшыртуу үчүн өзгөртүлгөн. Экинчиси – бул экөөнүн мителик реакциясын азайта турган электролиттерди колдонуу, анын циклинин мөөнөтүн жана коопсуздугун жакшыртуу. Сүрөт

QR кодун аныктоо үчүн көпкө басыңыз, литий π кошуңуз!

Бөлүшүүгө кош келиңиз!