Niķeļa-kobalta-mangāna trīskāršais materiāls ir viens no galvenajiem pašreizējās strāvas akumulatora materiāliem. Šiem trim elementiem katoda materiālam ir atšķirīga nozīme, tostarp niķeļa elementam ir jāuzlabo akumulatora kapacitāte. Jo augstāks ir niķeļa saturs, jo lielāka ir materiāla īpatnējā jauda. NCM811 īpatnējā jauda ir 200 mAh/g, un izlādes platforma ir aptuveni 3.8 V, no kuras var izveidot augsta enerģijas blīvuma akumulatoru. Tomēr NCM811 akumulatora problēma ir slikta drošība un ātrs cikla dzīves samazinājums. Kādi iemesli ietekmē tā cikla kalpošanas laiku un drošību? Kā atrisināt šo problēmu? Tālāk ir sniegta padziļināta analīze:

NCM811 tika izgatavots kā pogas akumulators (NCM811/Li) un elastīgā komplekta akumulators (NCM811/grafīts), un tika pārbaudīta attiecīgi tā gramu ietilpība un pilna akumulatora jauda. Mīkstās pakotnes akumulators tika sadalīts četrās grupās viena faktora eksperimentam. Parametra mainīgais bija atslēgšanas spriegums, kas bija attiecīgi 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V un 4.4 V. Vispirms akumulators tika cikls divreiz 0.05 ° C temperatūrā un pēc tam 0.2, 30 ° C temperatūrā 200 ℃. Pēc XNUMX cikliem mīkstā komplekta akumulatora cikla līkne ir parādīta zemāk esošajā attēlā:

No attēla redzams, ka augsta atslēgšanas sprieguma apstākļos gan dzīvās vielas, gan baterijas gramu ietilpība ir liela, taču arī akumulatora un materiāla gramu ietilpība samazinās ātrāk. Gluži pretēji, pie zemāka atslēgšanas sprieguma (zem 4.2 V) akumulatora jauda samazinās lēni, un cikla ilgums ir ilgāks.

Šajā eksperimentā parazitārā reakcija tika pētīta ar izotermisko kalorimetriju, un katoda materiālu struktūra un morfoloģiskā degradācija cikla procesa laikā tika pētīta ar XRD un SEM. Secinājumi ir šādi:

Bilde

Pirmkārt, strukturālās izmaiņas nav galvenais akumulatora cikla samazināšanās iemesls

XRD un SEM rezultāti parādīja, ka nebija acīmredzamas atšķirības daļiņu morfoloģijā un akumulatora atomu struktūrā ar elektrodu un atslēgšanas spriegumu 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V un 4.4 V pēc 200 cikliem pie 0.2 c. Tāpēc dzīvās vielas straujās strukturālās izmaiņas uzlādes un izlādes laikā nav galvenais iemesls, kāpēc akumulatora darbības laiks samazinās. Tā vietā parazitāras reakcijas saskarnē starp elektrolītu un ļoti reaktīvām dzīvās vielas daļiņām delīta stāvoklī ir galvenais iemesls, kas samazina akumulatora darbības laiku 4.2 V augstsprieguma ciklā.

(1) SEM

Bilde

Bilde

A1 un A2 ir SEM attēli bez cirkulācijas. B ~ E ir pozitīvā elektroda dzīvā materiāla SEM attēli pēc 200 cikliem 0.5 C apstākļos un uzlādes atslēgšanās spriegumu attiecīgi 4.1 V/4.2 V/4.3 V/4.4 V. Kreisajā pusē ir elektronu mikroskopa attēls zemā palielinājumā, bet labajā pusē ir elektronu mikroskopa attēls ar lielu palielinājumu. Kā redzams iepriekš attēlā, nav būtiskas atšķirības daļiņu morfoloģijā un lūzuma pakāpē starp cirkulējošo un necirkulējošo akumulatoru.

(2) XRD attēli

Kā redzams no iepriekš redzamā attēla, nav acīmredzamas atšķirības starp piecām virsotnēm formā un stāvoklī.

(3) Režģa parametru maiņa

Bilde

Kā redzams tabulā, šādi punkti:

1. Neciklētu polāro plākšņu režģa konstantes atbilst NCM811 dzīvā pulvera režģa konstantēm. Kad cikla izslēgšanas spriegums ir 4.1 V, režģa konstante būtiski neatšķiras no iepriekšējām divām, un C ass nedaudz palielinās. C ass režģa konstantes ar 4.2 V, 4.3 V un 4.4 V būtiski neatšķiras no 4.1 V (0.004 angms) režģa konstantes, savukārt dati uz A asi ir diezgan atšķirīgi.

2. Piecās grupās nebija būtisku Ni satura izmaiņu.

3. Polārām plāksnēm ar cirkulācijas spriegumu 4.1 V pie 44.5° ir liels FWHM, savukārt pārējām kontroles grupām ir līdzīgs FWHM.

Akumulatora uzlādes un izlādes procesā C asij ir liela saraušanās un izplešanās. Akumulatora cikla darbības ilguma samazināšanās pie augsta sprieguma nav saistīta ar izmaiņām dzīvās vielas struktūrā. Tāpēc iepriekš minētie trīs punkti apstiprina, ka strukturālās izmaiņas nav galvenais iemesls akumulatora cikla darbības ilguma samazinājumam.

Bilde

Otrkārt, NCM811 akumulatora cikla ilgums ir saistīts ar parazītu reakciju akumulatorā

NCM811 un grafīts tiek izgatavoti elastīgās iepakojuma šūnās, izmantojot dažādus elektrolītus. Turpretim abu grupu elektrolītam tika pievienoti attiecīgi 2% VC un PES211, un abu grupu jaudas uzturēšanas ātrums uzrādīja lielu atšķirību pēc akumulatora cikla.

Bilde

Saskaņā ar iepriekš redzamo attēlu, ja akumulatora atslēgšanas spriegums ar 2% VC ir 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V un 4.4 V, akumulatora jaudas uzturēšanas līmenis pēc 70 cikliem ir 98%, 98%, 91 attiecīgi % un 88%. Jau pēc 40 cikliem akumulatora jaudas uzturēšanas līmenis ar pievienoto PES211 samazinājās līdz 91%, 82%, 82%, 74%. Svarīgi, ka iepriekšējos eksperimentos NCM424/grafīta un NCM111/grafīta sistēmu akumulatora darbības laiks ar PES211 bija labāks nekā ar 2% VC. Tas noved pie pieņēmuma, ka elektrolītu piedevām ir būtiska ietekme uz akumulatora darbības laiku sistēmās ar augstu niķeļa saturu.

No iepriekšminētajiem datiem var arī redzēt, ka cikla ilgums augsta sprieguma gadījumā ir daudz sliktāks nekā zemā sprieguma gadījumā. Izmantojot polarizācijas, △V un cikla laiku pielāgošanas funkciju, var iegūt šādu skaitli:

Bilde

Var redzēt, ka akumulators △V ir mazs, braucot ar velosipēdu ar zemu atslēgšanas spriegumu, bet, spriegumam paceļoties virs 4.3 V, △V strauji palielinās un palielinās akumulatora polarizācija, kas ļoti ietekmē akumulatora darbības laiku. No attēla var arī redzēt, ka VC un PES211 △V maiņas ātrums ir atšķirīgs, kas vēl vairāk apliecina, ka akumulatora polarizācijas pakāpe un ātrums atšķiras ar dažādām elektrolītu piedevām.

Izotermiskā mikrokalorimetrija tika izmantota, lai analizētu akumulatora parazitārās reakcijas iespējamību. Tādi parametri kā polarizācija, entropija un parazitārā siltuma plūsma tika iegūti, lai izveidotu funkcionālu saikni ar rSOC, kā parādīts zemāk esošajā attēlā:

Bilde

Pārsniedzot 4.2 V, tiek parādīts, ka parazitārā siltuma plūsma pēkšņi palielinās, jo ļoti delīta anoda virsma viegli reaģē ar elektrolītu pie augsta sprieguma. Tas arī izskaidro, kāpēc, jo augstāks ir uzlādes un izlādes spriegums, jo ātrāk samazinās akumulatora apkopes ātrums.

Bilde

III. NCM811 ir slikta drošība

Apkārtējās vides temperatūras paaugstināšanas apstākļos NCM811 reakcijas aktivitāte uzlādes stāvoklī ar elektrolītu ir daudz lielāka nekā NCM111. Tāpēc, izmantojot NCM811 ražošanas akumulatoru, ir grūti iziet valsts obligāto sertifikāciju.

Bilde

Attēlā ir attēlots NCM811 un NCM111 pašizsilšanas ātruma grafiks no 70 ℃ līdz 350 ℃. Attēlā parādīts, ka NCM811 sāk uzkarst aptuveni pie 105 ℃, savukārt NCM111 nesakarst līdz 200 ℃. NCM811 sildīšanas ātrums ir 1 ℃/min no 200 ℃, savukārt NCM111 sildīšanas ātrums ir 0.05 ℃/min, kas nozīmē, ka NCM811/ grafīta sistēmai ir grūti iegūt obligāto drošības sertifikātu.

Dzīvās vielas ar augstu niķeļa saturu nākotnē noteikti būs galvenais augsta enerģijas blīvuma akumulatora materiāls. Kā atrisināt NCM811 akumulatora darbības laika straujas samazināšanās problēmu? Pirmkārt, NCM811 daļiņu virsma tika pārveidota, lai uzlabotu tā veiktspēju. Otrais ir izmantot elektrolītu, kas var samazināt abu parazītu reakciju, lai uzlabotu tā cikla kalpošanas laiku un drošību. Bilde

Turiet nospiestu, lai identificētu QR kodu, pievienojiet litiju π!

Laipni lūdzam dalīties!