Trójskładnikowy materiał niklowo-kobaltowo-manganowy jest jednym z głównych materiałów stosowanych obecnie w akumulatorach zasilających. Te trzy pierwiastki mają różne znaczenia dla materiału katody, wśród których pierwiastek niklowy ma poprawić pojemność baterii. Im wyższa zawartość niklu, tym wyższa pojemność właściwa materiału. NCM811 ma pojemność właściwą 200 mAh/gi platformę rozładowania około 3.8 V, którą można przekształcić w akumulator o wysokiej gęstości energii. Jednak problemem baterii NCM811 jest słabe bezpieczeństwo i szybki rozpad cyklu życia. Jakie są przyczyny wpływające na jego cykl życia i bezpieczeństwo? Jak rozwiązać ten problem? Poniżej znajduje się dogłębna analiza:

NCM811 został przekształcony w baterię guzikową (NCM811/Li) i baterię elastyczną (NCM811/grafit), a odpowiednio przetestowano jego pojemność w gramach i pełną pojemność baterii. Baterię soft-pack podzielono na cztery grupy do eksperymentu jednoczynnikowego. Zmiennym parametrem było napięcie odcięcia, które wynosiło odpowiednio 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V i 4.4 V. Po pierwsze, bateria została dwukrotnie przegrzana w 0.05 C, a następnie w 0.2 C w 30 ℃. Po 200 cyklach krzywa cyklu baterii soft pack jest pokazana na poniższym rysunku:

Z rysunku widać, że w warunkach wysokiego napięcia odcięcia, pojemność w gramach żywej materii i baterii jest wysoka, ale pojemność gramowa baterii i materiału również szybciej się rozpada. Wręcz przeciwnie, przy niższych napięciach odcięcia (poniżej 4.2 V) pojemność baterii spada powoli, a żywotność jest dłuższa.

W tym eksperymencie reakcję pasożytniczą badano metodą kalorymetrii izotermicznej, a strukturę i degradację morfologiczną materiałów katodowych podczas procesu cyklicznego badano metodami XRD i SEM. Wnioski są następujące:

Zdjęcie

Po pierwsze, zmiany strukturalne nie są główną przyczyną skrócenia żywotności baterii

Wyniki XRD i SEM wykazały, że po 4.1 cyklach przy 4.2C nie było wyraźnej różnicy w morfologii cząstek i budowie atomowej baterii z elektrodą i napięciem odcięcia 4.3 V, 4.4 V, 200 V i 0.2 V. Dlatego szybka zmiana strukturalna materii żywej podczas ładowania i rozładowywania nie jest główną przyczyną skrócenia cyklu życia baterii. Zamiast tego, pasożytnicze reakcje na granicy między elektrolitem a wysoce reaktywnymi cząsteczkami żywej materii w stanie delitu są główną przyczyną skrócenia żywotności baterii w cyklu wysokiego napięcia 4.2 V.

(1) SEM

Zdjęcie

Zdjęcie

A1 i A2 to obrazy SEM baterii bez obiegu. B ~ E to obrazy SEM żywego materiału elektrody dodatniej po 200 cyklach w warunkach 0.5 C i napięciu odcięcia ładowania odpowiednio 4.1 V/4.2 V/4.3 V/4.4 V. Lewa strona to obraz z mikroskopu elektronowego w małym powiększeniu, a prawa strona to obraz z mikroskopu elektronowego w dużym powiększeniu. Jak widać z powyższego rysunku, nie ma znaczącej różnicy w morfologii cząstek i stopniu rozbicia między baterią krążącą a baterią bez cyrkulacji.

(2) obrazy XRD

Jak widać na powyższym rysunku, nie ma oczywistej różnicy między pięcioma pikami pod względem kształtu i położenia.

(3) Zmiana parametrów sieci

Zdjęcie

Jak widać z tabeli, następujące punkty:

1. Stałe sieciowe niecyklicznych płytek polarnych są zgodne ze stałymi żywego proszku NCM811. Gdy napięcie odcięcia cyklu wynosi 4.1 V, stała sieciowa nie różni się znacząco od dwóch poprzednich, a oś C nieznacznie wzrasta. Stałe sieciowe osi C przy 4.2 V, 4.3 V i 4.4 V nie różnią się znacząco od tych dla 4.1 V (0.004 angm), podczas gdy dane na osi A są zupełnie inne.

2. Nie było znaczących zmian w zawartości Ni w pięciu grupach.

3. Płytki polarne z napięciem krążącym 4.1 V przy 44.5° wykazują duże FWHM, podczas gdy inne grupy kontrolne wykazują podobne FWHM.

W procesie ładowania i rozładowywania akumulatora oś C wykazuje duży skurcz i rozszerzanie. Skrócenie cyklu życia baterii przy wysokich napięciach nie wynika ze zmian w strukturze żywej materii. Dlatego powyższe trzy punkty potwierdzają, że zmiany strukturalne nie są główną przyczyną skrócenia cyklu życia baterii.

Zdjęcie

Po drugie, cykl życia baterii NCM811 jest związany z reakcją pasożytniczą w baterii

NCM811 i grafit są przekształcane w elastyczne ogniwa pakietowe przy użyciu różnych elektrolitów. W przeciwieństwie do tego, do elektrolitu obu grup dodano odpowiednio 2% VC i PES211, a wskaźnik utrzymania pojemności obu grup wykazał dużą różnicę po cyklu baterii.

Zdjęcie

Zgodnie z powyższym rysunkiem, gdy napięcie odcięcia akumulatora z 2% VC wynosi 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V i 4.4 V, wskaźnik utrzymania pojemności akumulatora po 70 cyklach wynosi 98%, 98%, 91 odpowiednio % i 88%. Po zaledwie 40 cyklach wskaźnik utrzymania pojemności baterii z dodatkiem PES211 spadł do 91%, 82%, 82%, 74%. Co ważne, w poprzednich eksperymentach żywotność baterii systemów NCM424/ grafit i NCM111/ grafit z PES211 była lepsza niż w przypadku 2% VC. Prowadzi to do założenia, że ​​dodatki do elektrolitu mają istotny wpływ na żywotność baterii w systemach o wysokiej zawartości niklu.

Z powyższych danych wynika również, że cykl życia pod wysokim napięciem jest znacznie gorszy niż pod niskim napięciem. Dzięki funkcji dopasowania polaryzacji, △V i czasów cyklu można uzyskać następujący wykres:

Zdjęcie

Widać, że △V akumulatora jest małe podczas jazdy na rowerze z niskim napięciem odcięcia, ale gdy napięcie wzrasta powyżej 4.3 V, △V gwałtownie wzrasta i wzrasta polaryzacja akumulatora, co znacznie wpływa na żywotność akumulatora. Na rysunku widać również, że szybkość zmian △V VC i PES211 jest różna, co dodatkowo potwierdza, że ​​stopień i szybkość polaryzacji akumulatora są różne przy różnych dodatkach elektrolitu.

Do analizy prawdopodobieństwa reakcji pasożytniczej baterii wykorzystano mikrokalorymetrię izotermiczną. Parametry, takie jak polaryzacja, entropia i pasożytniczy przepływ ciepła, zostały wyodrębnione w celu uzyskania funkcjonalnej zależności z rSOC, jak pokazano na poniższym rysunku:

Zdjęcie

Powyżej 4.2 V pasożytniczy przepływ ciepła gwałtownie wzrasta, ponieważ powierzchnia anody o wysokim stopniu delitu łatwo reaguje z elektrolitem pod wysokim napięciem. Wyjaśnia to również, dlaczego im wyższe napięcie ładowania i rozładowania, tym szybciej spada wskaźnik konserwacji akumulatora.

Zdjęcie

III. NCM811 ma słabe zabezpieczenia

W warunkach wzrostu temperatury otoczenia aktywność reakcji NCM811 w stanie naładowania elektrolitem jest znacznie większa niż NCM111. W związku z tym stosowanie produkcji baterii NCM811 jest trudne do przejścia przez krajową obowiązkową certyfikację.

Zdjęcie

Rysunek przedstawia wykres szybkości samonagrzewania NCM811 i NCM111 między 70 ℃ a 350 ℃. Rysunek pokazuje, że NCM811 zaczyna się nagrzewać przy około 105 ℃, podczas gdy NCM111 dopiero przy 200 ℃. NCM811 ma szybkość ogrzewania 1 ℃/min od 200 ℃, podczas gdy NCM111 ma szybkość ogrzewania 0.05 ℃/min, co oznacza, że ​​system grafitowy NCM811/ jest trudny do uzyskania obowiązkowej certyfikacji bezpieczeństwa.

High nickel living matter is bound to be the main material of high energy density battery in the future. How to solve the problem of rapid decay of NCM811 battery life? First, the particle surface of NCM811 was modified to improve its performance. The second is to use the electrolyte which can reduce the parasitic reaction of the two, so as to improve its cycle life and safety. The picture

Long press to identify the QR code, add lithium π!

Welcome to share!