Nikkel-kobalt-mangaan ternair materiaal is een van de belangrijkste materialen van de huidige stroombatterij. De drie elementen hebben verschillende betekenissen voor het kathodemateriaal, waaronder het nikkelelement om de capaciteit van de batterij te verbeteren. Hoe hoger het nikkelgehalte, hoe hoger de materiaalspecifieke capaciteit. NCM811 heeft een specifieke capaciteit van 200 mAh/g en een ontladingsplatform van ongeveer 3.8 V, waar een batterij met hoge energiedichtheid van kan worden gemaakt. Het probleem van de NCM811-batterij is echter de slechte veiligheid en het snelle verval van de levensduur. Wat zijn de redenen die de levensduur en veiligheid beïnvloeden? Hoe dit probleem op te lossen? Het volgende is een diepgaande analyse:

Van NCM811 werd een knoopbatterij (NCM811/Li) en een flexibele batterij (NCM811/grafiet) gemaakt, en de gramcapaciteit en de volledige batterijcapaciteit werden respectievelijk getest. De soft-pack-batterij werd in vier groepen verdeeld voor experimenten met één factor. De parametervariabele was de afsnijspanning, die respectievelijk 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V en 4.4 V was. Eerst werd de batterij twee keer gefietst bij 0.05c en vervolgens bij 0.2C bij 30℃. Na 200 cycli wordt de cycluscurve van de softpack-batterij weergegeven in de onderstaande afbeelding:

Uit de figuur blijkt dat onder de conditie van een hoge afsnijspanning de gramcapaciteit van levende materie en batterij beide hoog zijn, maar de gramcapaciteit van batterij en materiaal ook sneller vervallen. Integendeel, bij lagere uitschakelspanningen (lager dan 4.2 V) neemt de batterijcapaciteit langzaam af en is de levensduur langer.

In dit experiment werd de parasitaire reactie bestudeerd door isotherme calorimetrie en de structuur en morfologiedegradatie van kathodematerialen tijdens het cyclische proces werden bestudeerd door XRD en SEM. De conclusies zijn als volgt:

De foto

Ten eerste is structurele verandering niet de belangrijkste oorzaak van de achteruitgang van de levensduur van de batterij

De resultaten van XRD en SEM toonden aan dat er geen duidelijk verschil was in deeltjesmorfologie en atomaire structuur van de batterij met elektrode en afsnijspanning van 4.1V, 4.2V, 4.3V en 4.4V na 200 cycli bij 0.2c. Daarom is de snelle structurele verandering van levend materiaal tijdens het laden en ontladen niet de belangrijkste reden voor de afname van de levensduur van de batterij. In plaats daarvan zijn parasitaire reacties op het grensvlak tussen de elektrolyt en de zeer reactieve deeltjes van levende materie in delithiumtoestand de belangrijkste oorzaak van een verminderde levensduur van de batterij bij de 4.2 V-hoogspanningscyclus.

(1) de SEM

De foto

De foto

A1 en A2 zijn de SEM-afbeeldingen van de batterij zonder circulatie. B ~ E zijn SEM-afbeeldingen van levend materiaal met positieve elektrode na 200 cycli onder 0.5C-conditie en laaduitschakelspanning van respectievelijk 4.1V / 4.2V / 4.3V / 4.4V. De linkerkant is een elektronenmicroscoopbeeld onder lage vergroting en de rechterkant is een elektronenmicroscoopbeeld onder hoge vergroting. Zoals te zien is in de bovenstaande afbeelding, is er geen significant verschil in deeltjesmorfologie en breukgraad tussen de circulerende batterij en de niet-circulerende batterij.

(2) XRD-afbeeldingen

Zoals te zien is in de bovenstaande figuur, is er geen duidelijk verschil tussen de vijf pieken in vorm en positie.

(3) Wijziging van roosterparameters

De foto

Zoals uit de tabel blijkt, zijn de volgende punten:

1. De roosterconstanten van niet-gecycleerde polaire platen komen overeen met die van NCM811 levend poeder. Wanneer de cyclusafsnijspanning 4.1 V is, verschilt de roosterconstante niet significant van de vorige twee en neemt de C-as een beetje toe. De roosterconstanten van de C-as met 4.2V, 4.3V en 4.4V verschillen niet significant van die van 4.1V (0.004 angms), terwijl de gegevens op de A-as behoorlijk verschillen.

2. Er was geen significante verandering in het Ni-gehalte in de vijf groepen.

3. Polaire platen met een circulatiespanning van 4.1 V bij 44.5° vertonen een grote FWHM, terwijl de andere controlegroepen een vergelijkbare FWHM vertonen.

In het laad- en ontlaadproces van de batterij heeft de C-as een grote krimp en uitzetting. De verkorting van de levensduur van de batterij bij hoge spanningen is niet te wijten aan veranderingen in de structuur van levende materie. Daarom bevestigen de bovenstaande drie punten dat structurele verandering niet de belangrijkste reden is voor de afname van de levensduur van de batterij.

De foto

Ten tweede is de levensduur van de NCM811-batterij gerelateerd aan de parasitaire reactie in de batterij

NCM811 en grafiet worden met verschillende elektrolyten tot flexibele pakcellen gemaakt. Daarentegen werden respectievelijk 2% VC en PES211 toegevoegd aan de elektrolyt van de twee groepen, en de onderhoudssnelheid van de twee groepen vertoonde een groot verschil na de batterijcyclus.

De foto

Volgens de bovenstaande afbeelding, wanneer de uitschakelspanning van de batterij met 2% VC 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V en 4.4 V is, is de onderhoudssnelheid van de batterij na 70 cycli 98%, 98%, 91 respectievelijk % en 88%. Na slechts 40 cycli daalde het onderhoudspercentage van de batterij met toegevoegde PES211 tot 91%, 82%, 82%, 74%. Belangrijk is dat in eerdere experimenten de batterijlevensduur van NCM424/grafiet- en NCM111/grafietsystemen met PES211 beter was dan die met 2%VC. Dit leidt tot de veronderstelling dat elektrolytadditieven een aanzienlijke invloed hebben op de levensduur van de batterij in systemen met een hoog nikkelgehalte.

Uit de bovenstaande gegevens blijkt ook dat de levensduur onder hoge spanning veel slechter is dan die onder lage spanning. Door de aanpassingsfunctie van polarisatie, △V en cyclustijden, kan het volgende cijfer worden verkregen:

De foto

Het is te zien dat de batterij V klein is bij het fietsen bij een lage uitschakelspanning, maar wanneer de spanning boven 4.3 V stijgt, neemt △V sterk toe en neemt de polarisatie van de batterij toe, wat de levensduur van de batterij sterk beïnvloedt. Uit de figuur blijkt ook dat de AV-veranderingssnelheid van VC en PES211 anders is, wat verder bevestigt dat de mate en snelheid van batterijpolarisatie verschillend zijn met verschillende elektrolytadditieven.

Isothermische microcalorimetrie werd gebruikt om de parasitaire reactiewaarschijnlijkheid van de batterij te analyseren. Parameters zoals polarisatie, entropie en parasitaire warmtestroom werden geëxtraheerd om een ​​functionele relatie met rSOC te maken, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding:

De foto

Boven 4.2 V blijkt de parasitaire warmtestroom plotseling toe te nemen, omdat het zeer delithiumanode-oppervlak gemakkelijk reageert met de elektrolyt bij hoge spanning. Dit verklaart ook waarom hoe hoger de laad- en ontlaadspanning, hoe sneller de onderhoudssnelheid van de batterij afneemt.

De foto

III. NCM811 heeft een slechte beveiliging

Onder de voorwaarde van het verhogen van de omgevingstemperatuur, is de reactieactiviteit van NCM811 in oplaadtoestand met elektrolyt veel groter dan die van NCM111. Daarom is het gebruik van NCM811-productie van batterijen moeilijk om de nationale verplichte certificering door te geven.

De foto

De afbeelding is een grafiek van de zelfverhittingssnelheden van NCM811 en NCM111 tussen 70℃ en 350℃. De afbeelding laat zien dat NCM811 begint op te warmen bij ongeveer 105℃, terwijl NCM111 pas begint op 200℃. De NCM811 heeft een verwarmingssnelheid van 1℃/min vanaf 200℃, terwijl de NCM111 een verwarmingssnelheid heeft van 0.05℃/min, wat betekent dat het NCM811/grafietsysteem moeilijk is om verplichte veiligheidscertificering te verkrijgen.

Levende materie met een hoog nikkelgehalte zal in de toekomst ongetwijfeld het belangrijkste materiaal zijn van batterijen met een hoge energiedichtheid. Hoe het probleem van snel verval van de levensduur van de NCM811-batterij op te lossen? Eerst werd het deeltjesoppervlak van NCM811 aangepast om de prestaties te verbeteren. De tweede is om de elektrolyt te gebruiken die de parasitaire reactie van de twee kan verminderen, om de levensduur en veiligheid van de cyclus te verbeteren. De foto

Druk lang om de QR-code te identificeren, voeg lithium toe π!

Welkom om te delen!