Nikelio-kobalto-mangano trinarė medžiaga yra viena iš pagrindinių dabartinės maitinimo baterijos medžiagų. Trys elementai katodo medžiagai turi skirtingas reikšmes, tarp kurių nikelio elementas yra skirtas pagerinti akumuliatoriaus talpą. Kuo didesnis nikelio kiekis, tuo didesnė specifinė medžiagos talpa. NCM811 specifinė talpa yra 200 mAh/g, o iškrovimo platforma – apie 3.8 V, kurią galima paversti didelio energijos tankio akumuliatoriumi. Tačiau NCM811 akumuliatoriaus problema yra prasta sauga ir greitas ciklo eksploatavimo laikas. Kokios priežastys turi įtakos jo ciklo trukmei ir saugai? Kaip išspręsti šią problemą? Toliau pateikiama išsami analizė:

NCM811 buvo pagamintas į mygtukų bateriją (NCM811/Li) ir lanksčią bateriją (NCM811/grafitas), o jos gramų talpa ir visa baterijos talpa buvo atitinkamai išbandytos. Minkštos pakuotės baterija buvo suskirstyta į keturias grupes vieno faktoriaus eksperimentui. Parametrų kintamasis buvo išjungimo įtampa, kuri buvo atitinkamai 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V ir 4.4 V. Pirmiausia akumuliatorius buvo du kartus įjungtas 0.05 ° C temperatūroje, o tada 0.2, 30 ° C temperatūroje 200 ° C temperatūroje. Po XNUMX ciklų minkštojo paketo akumuliatoriaus ciklo kreivė parodyta toliau pateiktame paveikslėlyje:

Iš paveikslo matyti, kad esant aukštai atjungimo įtampai, gyvosios medžiagos ir baterijos gramų talpa yra didelė, tačiau baterijos ir medžiagos gramų talpa taip pat genda greičiau. Priešingai, esant žemesnei išjungimo įtampai (žemiau 4.2 V), akumuliatoriaus talpa mažėja lėtai, o ciklo tarnavimo laikas pailgėja.

Šiame eksperimente parazitinė reakcija buvo tiriama izotermine kalorimetrija, o katodo medžiagų struktūra ir morfologinis skilimas ciklo proceso metu buvo tiriamas XRD ir SEM. Išvados yra tokios:

Nuotrauka

Pirma, struktūriniai pokyčiai nėra pagrindinė akumuliatoriaus veikimo trukmės mažėjimo priežastis

XRD ir SEM rezultatai parodė, kad nebuvo akivaizdžių dalelių morfologijos ir akumuliatoriaus atominės struktūros skirtumo, kai elektrodas ir ribinė įtampa yra 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V ir 4.4 V po 200 ciklų esant 0.2 c. Todėl greiti gyvųjų medžiagų struktūriniai pokyčiai įkrovimo ir iškrovimo metu nėra pagrindinė akumuliatoriaus veikimo trukmės mažėjimo priežastis. Vietoj to, parazitinės reakcijos tarp elektrolito ir labai reaktyvių gyvų medžiagų dalelių deličio būsenoje yra pagrindinė priežastis, dėl kurios sumažėja akumuliatoriaus veikimo laikas 4.2 V aukštos įtampos cikle.

(1) SEM

Nuotrauka

Nuotrauka

A1 ir A2 yra baterijos be cirkuliacijos SEM vaizdai. B ~ E yra teigiamo elektrodo gyvosios medžiagos SEM vaizdai po 200 ciklų esant 0.5 C sąlygoms ir atitinkamai 4.1 V / 4.2 V / 4.3 V / 4.4 V įkrovimo ribinei įtampai. Kairėje pusėje yra mažo padidinimo elektroninio mikroskopo vaizdas, o dešinėje – elektroninio mikroskopo vaizdas esant dideliam padidinimui. Kaip matyti iš aukščiau esančio paveikslo, cirkuliuojančios ir necirkuliuojančios baterijos dalelių morfologija ir lūžio laipsnio skirtumai nėra reikšmingi.

(2) XRD vaizdai

Kaip matyti iš aukščiau esančio paveikslo, tarp penkių smailių formos ir padėties nėra akivaizdaus skirtumo.

(3) Grotelių parametrų keitimas

Nuotrauka

Kaip matyti iš lentelės, šie punktai:

1. Neciklinių polinių plokščių gardelės konstantos atitinka NCM811 gyvųjų miltelių konstantas. Kai ciklo ribinė įtampa yra 4.1 V, gardelės konstanta labai nesiskiria nuo ankstesnių dviejų, o C ašis šiek tiek padidėja. C ašies gardelės konstantos su 4.2 V, 4.3 V ir 4.4 V labai nesiskiria nuo 4.1 V (0.004 angms), o A ašies duomenys yra gana skirtingi.

2. Penkiose grupėse reikšmingų Ni kiekio pokyčių nebuvo.

3. Polinės plokštės, kurių cirkuliacinė įtampa yra 4.1 V, esant 44.5° kampui, pasižymi dideliu FWHM, o kitose kontrolinėse grupėse yra panašus FWHM.

Akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo procese C ašis labai susitraukia ir plečiasi. Akumuliatoriaus ciklo eksploatavimo laikas, esant aukštai įtampai, sumažėja ne dėl gyvųjų medžiagų struktūros pokyčių. Todėl pirmiau minėti trys punktai patvirtina, kad struktūriniai pokyčiai nėra pagrindinė akumuliatoriaus veikimo trukmės mažėjimo priežastis.

Nuotrauka

Antra, NCM811 akumuliatoriaus veikimo laikas yra susijęs su parazitine reakcija akumuliatoriuje

NCM811 ir grafitas yra pagaminti į lanksčią paketą, naudojant skirtingus elektrolitus. Priešingai, į dviejų grupių elektrolitą buvo pridėta atitinkamai 2% VC ir PES211, o abiejų grupių talpos palaikymo greitis po akumuliatoriaus ciklo labai skyrėsi.

Nuotrauka

Pagal aukščiau pateiktą paveikslėlį, kai 2% VC akumuliatoriaus išjungimo įtampa yra 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V ir 4.4 V, akumuliatoriaus talpos išlaikymo greitis po 70 ciklų yra 98%, 98%, 91 % ir 88 % atitinkamai. Jau po 40 ciklų akumuliatoriaus talpos išlaikymo rodiklis su pridėtu PES211 sumažėjo iki 91%, 82%, 82%, 74%. Svarbu tai, kad ankstesniuose eksperimentuose NCM424 / grafito ir NCM111 / grafito sistemų su PES211 akumuliatoriaus veikimo laikas buvo geresnis nei naudojant 2% VC. Tai leidžia daryti prielaidą, kad elektrolitų priedai turi didelę įtaką baterijos veikimo trukmei daug nikelio turinčiose sistemose.

Iš aukščiau pateiktų duomenų taip pat matyti, kad ciklo trukmė esant aukštai įtampai yra daug prastesnė nei žemos įtampos. Naudojant poliarizacijos, △V ir ciklo laikų pritaikymo funkciją, galima gauti tokį skaičių:

Nuotrauka

Matyti, kad važiuojant dviračiu esant žemai ribinei įtampai, akumuliatorius △V yra mažas, tačiau įtampai pakilus virš 4.3V, △V smarkiai padidėja ir padidėja baterijos poliarizacija, o tai labai įtakoja baterijos veikimo laiką. Iš paveikslo taip pat matyti, kad VC ir PES211 △V kitimo greitis skiriasi, o tai dar labiau patvirtina, kad akumuliatoriaus poliarizacijos laipsnis ir greitis skiriasi naudojant skirtingus elektrolitų priedus.

Akumuliatoriaus parazitinės reakcijos tikimybei išanalizuoti buvo naudojama izoterminė mikrokalorimetrija. Tokie parametrai kaip poliarizacija, entropija ir parazitinis šilumos srautas buvo išgauti, kad būtų sukurtas funkcinis ryšys su rSOC, kaip parodyta toliau pateiktame paveikslėlyje:

Nuotrauka

Nustatyta, kad virš 4.2 V parazitinis šilumos srautas staiga padidėja, nes labai deličio anodo paviršius lengvai reaguoja su elektrolitu esant aukštai įtampai. Tai taip pat paaiškina, kodėl kuo didesnė įkrovimo ir iškrovimo įtampa, tuo greičiau mažėja akumuliatoriaus priežiūros greitis.

Nuotrauka

III. NCM811 saugumas prastas

Didinant aplinkos temperatūrą, NCM811 reakcijos aktyvumas įkrovimo būsenoje su elektrolitu yra daug didesnis nei NCM111. Todėl naudojant NCM811 baterijų gamybą sunku išlaikyti nacionalinį privalomą sertifikavimą.

Nuotrauka

Paveikslas yra NCM811 ir NCM111 savaiminio įkaitimo tempų grafikas nuo 70 ℃ iki 350 ℃. Paveikslėlyje parodyta, kad NCM811 pradeda kaisti maždaug 105 ℃, o NCM111 ne iki 200 ℃. NCM811 šildymo greitis yra 1 ℃/min nuo 200 ℃, o NCM111 šildymo greitis yra 0.05 ℃/min, o tai reiškia, kad NCM811/ grafito sistemai sunku gauti privalomą saugos sertifikatą.

Daug nikelio turinčios gyvosios medžiagos ateityje bus pagrindinė didelio energijos tankio akumuliatoriaus medžiaga. Kaip išspręsti greito NCM811 akumuliatoriaus veikimo trukmės nykimo problemą? Pirma, NCM811 dalelių paviršius buvo modifikuotas, siekiant pagerinti jo veikimą. Antrasis yra naudoti elektrolitą, kuris gali sumažinti abiejų parazitų reakciją, kad būtų pagerintas jo ciklas ir saugumas. Nuotrauka

Ilgai paspauskite, kad atpažintumėte QR kodą, pridėkite ličio π!

Kviečiame dalintis!