Nikkel-kobolt-mangan ternært materiale er et av hovedmaterialene til det nåværende strømbatteriet. De tre elementene har forskjellig betydning for katodematerialet, blant annet skal nikkelelementet forbedre batteriets kapasitet. Jo høyere nikkelinnhold, jo høyere materialspesifikk kapasitet. NCM811 har en spesifikk kapasitet på 200mAh/g og en utladningsplattform på ca. 3.8V, som kan gjøres om til et batteri med høy energitetthet. Problemet med NCM811-batteriet er imidlertid dårlig sikkerhet og rask sykluslevetid. Hva er årsakene som påvirker levetiden og sikkerheten? Hvordan løse dette problemet? Følgende er en dybdeanalyse:

NCM811 ble laget om til knappbatteri (NCM811/Li) og fleksibelt batteri (NCM811/grafitt), og gramkapasiteten og full batterikapasitet ble testet henholdsvis. Mykpakkebatteriet ble delt inn i fire grupper for enkeltfaktoreksperiment. Parametervariabelen var cut-off spenning, som var henholdsvis 4.1V, 4.2V, 4.3V og 4.4V. Først ble batteriet syklet to ganger ved 0.05c og deretter ved 0.2C ved 30 ℃. Etter 200 sykluser vises den myke batterisykluskurven i figuren nedenfor:

Det kan sees fra figuren at under betingelser med høy avskjæringsspenning, er gramkapasiteten til levende materie og batteri både høy, men gramkapasiteten til batteri og materiale forfaller også raskere. Tvert imot, ved lavere avskjæringsspenninger (under 4.2V), reduseres batterikapasiteten sakte og sykluslevetiden er lengre.

I dette eksperimentet ble den parasittiske reaksjonen studert ved isotermisk kalorimetri, og strukturen og morfologinedbrytningen av katodematerialer under syklusprosessen ble studert av XRD og SEM. Konklusjonene er som følger:

Bildet

For det første er ikke strukturelle endringer hovedårsaken til nedgang i batterisyklusens levetid

Resultatene av XRD og SEM viste at det ikke var noen åpenbar forskjell i partikkelmorfologi og atomstruktur til batteriet med elektrode og avskjæringsspenning på 4.1V, 4.2V, 4.3V og 4.4V etter 200 sykluser ved 0.2c. Derfor er den raske strukturelle endringen av levende stoffer under lading og utlading ikke hovedårsaken til nedgangen i batterisyklusens levetid. I stedet er parasittreaksjoner ved grensesnittet mellom elektrolytten og de svært reaktive partiklene av levende stoffer i deliumtilstand hovedårsaken til redusert batterilevetid ved 4.2V høyspenningssyklusen.

(1) SEM

Bildet

Bildet

A1 og A2 er SEM-bildene av batteriet uten sirkulasjon. B ~ E er SEM-bilder av levende materiale med positiv elektrode etter 200 sykluser under 0.5 C tilstand og ladesperrespenning på henholdsvis 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V. Venstre side er elektronmikroskopbilde under lav forstørrelse og høyre side er elektronmikroskopbilde under høy forstørrelse. Som det fremgår av figuren ovenfor, er det ingen signifikant forskjell i partikkelmorfologi og bruddgrad mellom det sirkulerende batteriet og det ikke-sirkulerende batteriet.

(2) XRD-bilder

Som det fremgår av figuren over, er det ingen åpenbar forskjell mellom de fem toppene i form og plassering.

(3) Endring av gitterparametere

Bildet

Som det fremgår av tabellen, er følgende punkter:

1. Gitterkonstantene for ikke-sykliserte polare plater er i samsvar med de for NCM811 levende pulver. Når syklusavskjæringsspenningen er 4.1V, er gitterkonstanten ikke vesentlig forskjellig fra de to foregående, og C-aksen øker litt. Gitterkonstantene til C-aksen med 4.2V, 4.3V og 4.4V er ikke signifikant forskjellig fra de på 4.1V (0.004 angms), mens dataene på A-aksen er ganske forskjellige.

2. Det var ingen signifikant endring i Ni-innhold i de fem gruppene.

3. Polare plater med en sirkulasjonsspenning på 4.1V ved 44.5° viser stor FWHM, mens de andre kontrollgruppene viser lignende FWHM.

I lade- og utladingsprosessen til batteriet har C-aksen en stor krymping og ekspansjon. Reduksjonen i batterisykluslevetid ved høye spenninger skyldes ikke endringer i strukturen av levende stoffer. Derfor bekrefter de tre punktene ovenfor at strukturelle endringer ikke er hovedårsaken til nedgangen i batterisyklusens levetid.

Bildet

For det andre er sykluslevetiden til NCM811-batteriet relatert til den parasittiske reaksjonen i batteriet

NCM811 og grafitt lages til fleksible pakkeceller ved bruk av forskjellige elektrolytter. Derimot ble 2% VC og PES211 tilsatt elektrolytten til henholdsvis de to gruppene, og kapasitetsvedlikeholdshastigheten til de to gruppene viste stor forskjell etter batterisyklusen.

Bildet

I henhold til figuren ovenfor, når avskjæringsspenningen til batteriet med 2%VC er 4.1V, 4.2V, 4.3V og 4.4V, er kapasitetsvedlikeholdshastigheten til batteriet etter 70 sykluser 98%, 98%, 91 henholdsvis % og 88 %. Etter bare 40 sykluser sank kapasitetsvedlikeholdshastigheten til batteriet tilsatt PES211 til 91 %, 82 %, 82 %, 74 %. Viktigere, i tidligere eksperimenter var batterisykluslevetiden til NCM424/grafitt- og NCM111/grafittsystemer med PES211 bedre enn den med 2%VC. Dette fører til antagelsen om at elektrolytttilsetningsstoffer har en betydelig innvirkning på batterilevetiden i systemer med høyt nikkel.

Det kan også sees fra dataene ovenfor at sykluslevetiden under høyspenning er mye dårligere enn under lavspenning. Gjennom tilpasningsfunksjonen til polarisering, △V og syklustider, kan følgende figur oppnås:

Bildet

Det kan sees at batteriet △V er lite når du sykler med lav grensespenning, men når spenningen stiger over 4.3V, øker △V kraftig og batteripolarisasjonen øker, noe som i stor grad påvirker batterilevetiden. Det kan også sees fra figuren at △V endringshastigheten til VC og PES211 er forskjellig, noe som ytterligere bekrefter at graden og hastigheten på batteripolarisering er forskjellig med forskjellige elektrolytttilsetningsstoffer.

Isotermisk mikrokalorimetri ble brukt for å analysere sannsynligheten for parasittreaksjoner til batteriet. Parametre som polarisering, entropi og parasittisk varmestrøm ble ekstrahert for å lage et funksjonelt forhold til rSOC, som vist i figuren nedenfor:

Bildet

Over 4.2V er det vist at den parasittiske varmestrømmen plutselig øker, fordi anodeoverflaten med høy delithium reagerer lett med elektrolytten ved høy spenning. Dette forklarer også hvorfor jo høyere lade- og utladningsspenning, jo raskere reduseres batterivedlikeholdshastigheten.

Bildet

iii. NCM811 har dårlig sikkerhet

Under betingelsen om å øke omgivelsestemperaturen, er reaksjonsaktiviteten til NCM811 i ladetilstand med elektrolytt mye større enn for NCM111. Derfor er bruken av NCM811 produksjon av batteri vanskelig å passere den nasjonale obligatoriske sertifiseringen.

Bildet

Figuren er en graf over selvoppvarmingshastighetene til NCM811 og NCM111 mellom 70 ℃ og 350 ℃. Figuren viser at NCM811 begynner å varmes opp ved ca 105 ℃, mens NCM111 ikke blir det før 200 ℃. NCM811 har en oppvarmingshastighet på 1 ℃/min fra 200 ℃, mens NCM111 har en oppvarmingshastighet på 0.05 ℃/min, noe som betyr at NCM811/ grafittsystemet er vanskelig å oppnå obligatorisk sikkerhetssertifisering.

Levende materiale med høyt nikkel er bundet til å være hovedmaterialet i batterier med høy energitetthet i fremtiden. Hvordan løser jeg problemet med rask nedbrytning av NCM811-batterilevetiden? Først ble partikkeloverflaten til NCM811 modifisert for å forbedre ytelsen. Den andre er å bruke elektrolytten som kan redusere parasittreaksjonen til de to, for å forbedre syklusens levetid og sikkerhet. Bildet

Langt trykk for å identifisere QR-koden, legg til litium π!

Velkommen til å dele!