Bahan ternari nikel-kobalt-mangan adalah salah satu bahan utama bateri kuasa semasa. Ketiga-tiga elemen tersebut mempunyai maksud yang berbeza bagi bahan katod, antaranya elemen nikel adalah untuk meningkatkan kapasiti bateri. Semakin tinggi kandungan nikel, semakin tinggi kapasiti spesifik bahan. NCM811 mempunyai kapasiti khusus 200mAh/g dan platform nyahcas kira-kira 3.8V, yang boleh dijadikan bateri berketumpatan tenaga tinggi. Walau bagaimanapun, masalah bateri NCM811 adalah keselamatan yang lemah dan pereputan hayat kitaran yang cepat. Apakah sebab yang menjejaskan hayat dan keselamatan kitarannya? Bagaimana untuk menyelesaikan masalah ini? Berikut adalah analisis mendalam:

NCM811 telah dijadikan bateri butang (NCM811/Li) dan bateri pek fleksibel (NCM811/ grafit), dan kapasiti gram dan kapasiti bateri penuh telah diuji masing-masing. Bateri pek lembut dibahagikan kepada empat kumpulan untuk eksperimen faktor tunggal. Pembolehubah parameter ialah voltan potong, iaitu 4.1V, 4.2V, 4.3V dan 4.4V, masing-masing. Pertama, bateri dikitar dua kali pada 0.05c dan kemudian pada 0.2C pada 30℃. Selepas 200 kitaran, lengkung kitaran bateri pek lembut ditunjukkan dalam rajah di bawah:

Ia boleh dilihat dari rajah bahawa di bawah keadaan voltan pemotongan tinggi, kapasiti gram bahan hidup dan bateri kedua-duanya tinggi, tetapi kapasiti gram bateri dan bahan juga lebih cepat reput. Sebaliknya, pada voltan pemotongan yang lebih rendah (di bawah 4.2V), kapasiti bateri menurun secara perlahan dan hayat kitaran lebih lama.

Dalam eksperimen ini, tindak balas parasit telah dikaji secara kalorimetri isoterma dan struktur dan degradasi morfologi bahan katod semasa proses berbasikal dikaji oleh XRD dan SEM. Kesimpulannya adalah seperti berikut:

Gambar

Pertama, perubahan struktur bukanlah punca utama kemerosotan hayat kitaran bateri

Keputusan XRD dan SEM menunjukkan bahawa tidak terdapat perbezaan yang jelas dalam morfologi zarah dan struktur atom bateri dengan elektrod dan voltan potong 4.1V, 4.2V, 4.3V dan 4.4V selepas 200 kitaran pada 0.2c. Oleh itu, perubahan struktur pesat bahan hidup semasa mengecas dan menyahcas bukanlah sebab utama penurunan hayat kitaran bateri. Sebaliknya, tindak balas parasit pada antara muka antara elektrolit dan zarah sangat reaktif bahan hidup dalam keadaan delitium adalah punca utama hayat bateri berkurangan pada kitaran voltan tinggi 4.2V.

(1) SEM

Gambar

Gambar

A1 dan A2 ialah imej SEM bagi bateri tanpa edaran. B ~ E ialah imej SEM bagi bahan hidup elektrod positif selepas kitaran 200 di bawah keadaan 0.5C dan voltan potong pengecasan masing-masing 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V. Sebelah kiri adalah imej mikroskop elektron di bawah pembesaran rendah dan sebelah kanan adalah imej mikroskop elektron di bawah pembesaran tinggi. Seperti yang dapat dilihat daripada rajah di atas, tidak terdapat perbezaan yang ketara dalam morfologi zarah dan tahap pecah antara bateri beredar dan bateri tidak beredar.

(2) Imej XRD

Seperti yang dapat dilihat dari rajah di atas, tidak ada perbezaan yang jelas antara lima puncak dalam bentuk dan kedudukan.

(3) Perubahan parameter kekisi

Gambar

Seperti yang dapat dilihat dari jadual, perkara berikut:

1. Pemalar kekisi plat kutub tidak dikitar adalah konsisten dengan serbuk hidup NCM811. Apabila voltan potong kitaran ialah 4.1V, pemalar kekisi tidak jauh berbeza daripada dua sebelumnya, dan paksi C meningkat sedikit. Pemalar kekisi paksi-C dengan 4.2V, 4.3V dan 4.4V tidak jauh berbeza daripada pemalar 4.1V (0.004 angms), manakala data pada paksi A agak berbeza.

2. Tiada perubahan ketara dalam kandungan Ni dalam lima kumpulan.

3. Plat kutub dengan voltan edaran 4.1V pada 44.5° mempamerkan FWHM yang besar, manakala kumpulan kawalan lain mempamerkan FWHM yang serupa.

Dalam proses mengecas dan menyahcas bateri, paksi C mempunyai pengecutan dan pengembangan yang besar. Pengurangan hayat kitaran bateri pada voltan tinggi bukan disebabkan oleh perubahan dalam struktur bahan hidup. Oleh itu, tiga perkara di atas mengesahkan bahawa perubahan struktur bukanlah sebab utama kemerosotan hayat kitaran bateri.

Gambar

Kedua, hayat kitaran bateri NCM811 berkaitan dengan tindak balas parasit dalam bateri

NCM811 dan grafit dijadikan sel pek fleksibel menggunakan elektrolit yang berbeza. Sebaliknya, 2% VC dan PES211 telah ditambah kepada elektrolit kedua-dua kumpulan, masing-masing, dan kadar penyelenggaraan kapasiti kedua-dua kumpulan menunjukkan perbezaan yang besar selepas kitaran bateri.

Gambar

Menurut rajah di atas, apabila voltan potong bateri dengan 2%VC ialah 4.1V, 4.2V, 4.3V dan 4.4V, kadar penyelenggaraan kapasiti bateri selepas 70 kitaran ialah 98%, 98%, 91 % dan 88%, masing-masing. Selepas hanya 40 kitaran, kadar penyelenggaraan kapasiti bateri dengan tambahan PES211 menurun kepada 91%, 82%, 82%, 74%. Yang penting, dalam eksperimen sebelumnya, hayat kitaran bateri sistem NCM424/ grafit dan NCM111/ grafit dengan PES211 adalah lebih baik daripada dengan 2%VC. Ini membawa kepada andaian bahawa bahan tambahan elektrolit mempunyai kesan yang ketara ke atas hayat bateri dalam sistem nikel tinggi.

Ia juga boleh dilihat daripada data di atas bahawa hayat kitaran di bawah voltan tinggi adalah lebih teruk daripada di bawah voltan rendah. Melalui fungsi pemasangan polarisasi, △V dan masa kitaran, angka berikut boleh diperolehi:

Gambar

Ia boleh dilihat bahawa bateri △V adalah kecil apabila berbasikal pada voltan pemotongan rendah, tetapi apabila voltan meningkat melebihi 4.3V, △V meningkat dengan mendadak dan polarisasi bateri meningkat, yang sangat mempengaruhi hayat bateri. Ia juga boleh dilihat daripada rajah bahawa kadar perubahan △V VC dan PES211 adalah berbeza, yang seterusnya mengesahkan bahawa tahap dan kelajuan polarisasi bateri adalah berbeza dengan bahan tambahan elektrolit yang berbeza.

Mikrokalorimetri isoterma digunakan untuk menganalisis kebarangkalian tindak balas parasit bateri. Parameter seperti polarisasi, entropi dan aliran haba parasit telah diekstrak untuk membuat hubungan berfungsi dengan rSOC, seperti ditunjukkan dalam rajah di bawah:

Gambar

Di atas 4.2V, aliran haba parasit ditunjukkan meningkat secara tiba-tiba, kerana permukaan anod yang sangat delitium bertindak balas dengan mudah dengan elektrolit pada voltan tinggi. Ini juga menjelaskan mengapa semakin tinggi voltan cas dan nyahcas, semakin cepat kadar penyelenggaraan bateri berkurangan.

Gambar

iii. NCM811 mempunyai keselamatan yang lemah

Di bawah keadaan peningkatan suhu ambien, aktiviti tindak balas NCM811 dalam keadaan pengecasan dengan elektrolit adalah jauh lebih besar daripada NCM111. Oleh itu, penggunaan pengeluaran bateri NCM811 adalah sukar untuk lulus pensijilan wajib kebangsaan.

Gambar

Angka tersebut ialah graf kadar pemanasan sendiri NCM811 dan NCM111 antara 70 ℃ dan 350 ℃. Angka tersebut menunjukkan bahawa NCM811 mula memanas pada kira-kira 105 ℃, manakala NCM111 tidak sehingga 200 ℃. NCM811 mempunyai kadar pemanasan 1 ℃/min dari 200 ℃, manakala NCM111 mempunyai kadar pemanasan 0.05 ℃/min, yang bermaksud bahawa sistem NCM811/ grafit sukar untuk mendapatkan pensijilan keselamatan mandatori.

Bahan hidup nikel tinggi pasti akan menjadi bahan utama bateri berketumpatan tenaga tinggi pada masa hadapan. Bagaimana untuk menyelesaikan masalah pereputan pantas hayat bateri NCM811? Pertama, permukaan zarah NCM811 telah diubah suai untuk meningkatkan prestasinya. Yang kedua ialah menggunakan elektrolit yang boleh mengurangkan tindak balas parasit kedua-duanya, untuk meningkatkan hayat dan keselamatan kitarannya. Gambar

Tekan lama untuk mengenal pasti kod QR, tambah litium π!

Selamat datang untuk berkongsi!