O material ternário de níquel-cobalto-manganês é um dos principais materiais da bateria de energia atual. Os três elementos têm significados diferentes para o material catódico, entre os quais o elemento de níquel é para melhorar a capacidade da bateria. Quanto mais alto for o conteúdo de níquel, maior será a capacidade específica do material. NCM811 tem uma capacidade específica de 200mAh / ge uma plataforma de descarga de cerca de 3.8 V, que pode ser transformada em uma bateria de alta densidade de energia. No entanto, o problema da bateria NCM811 é a falta de segurança e o rápido declínio do ciclo de vida. Quais são as razões que afetam seu ciclo de vida e segurança? Como resolver este problema? O que se segue é uma análise aprofundada:

O NCM811 foi feito em bateria tipo botão (NCM811 / Li) e bateria de pacote flexível (NCM811 / grafite), e sua capacidade em gramas e capacidade total da bateria foram testadas respectivamente. A bateria soft-pack foi dividida em quatro grupos para experimento de fator único. A variável do parâmetro foi a tensão de corte, que foi de 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V e 4.4 V, respectivamente. Primeiro, a bateria foi ciclada duas vezes a 0.05 ° C e depois a 0.2 ° C a 30 ° C. Após 200 ciclos, a curva do ciclo da bateria do pacote flexível é mostrada na figura abaixo:

Pode-se ver na figura que, sob a condição de alta tensão de corte, a capacidade em gramas da matéria viva e da bateria são ambas altas, mas a capacidade em gramas da bateria e do material também se deteriora mais rapidamente. Ao contrário, em tensões de corte mais baixas (abaixo de 4.2 V), a capacidade da bateria se degrada lentamente e o ciclo de vida é mais longo.

Neste experimento, a reação parasitária foi estudada por calorimetria isotérmica e a degradação da estrutura e morfologia dos materiais catódicos durante o processo de ciclagem foi estudada por XRD e SEM. As conclusões são as seguintes:

A imagem

Em primeiro lugar, a mudança estrutural não é a principal causa do declínio da vida útil da bateria

Os resultados de XRD e SEM mostraram que não houve diferença óbvia na morfologia das partículas e estrutura atômica da bateria com eletrodo e tensão de corte de 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V e 4.4 V após 200 ciclos a 0.2 c. Portanto, a rápida mudança estrutural da matéria viva durante o carregamento e o descarregamento não é a principal razão para o declínio da vida útil da bateria. Em vez disso, as reações parasitárias na interface entre o eletrólito e as partículas altamente reativas de matéria viva no estado de delítio são a principal causa da redução da vida útil da bateria no ciclo de alta tensão de 4.2 V.

(1) o SEM

A imagem

A imagem

A1 e A2 são as imagens SEM da bateria sem circulação. B ~ E são imagens SEM de material vivo de eletrodo positivo após 200 ciclos sob condição de 0.5 C e tensão de corte de carga de 4.1 V / 4.2 V / 4.3 V / 4.4 V, respectivamente. O lado esquerdo é a imagem do microscópio eletrônico sob baixa ampliação e o lado direito é a imagem do microscópio eletrônico sob alta ampliação. Como pode ser visto na figura acima, não há diferença significativa na morfologia das partículas e no grau de quebra entre a bateria circulante e a bateria não circulante.

(2) imagens XRD

Como pode ser visto na figura acima, não há diferença óbvia entre os cinco picos em forma e posição.

(3) Mudança dos parâmetros de rede

A imagem

Como pode ser visto na tabela, os seguintes pontos:

1. As constantes de rede das placas polares sem ciclo são consistentes com as do pó vivo NCM811. Quando a tensão de corte do ciclo é de 4.1 V, a constante de rede não é significativamente diferente das duas anteriores e o eixo C aumenta um pouco. As constantes de rede do eixo C com 4.2 V, 4.3 V e 4.4 V não são significativamente diferentes daquelas de 4.1 V (0.004 angms), enquanto os dados no eixo A são bastante diferentes.

2. Não houve mudança significativa no conteúdo de Ni nos cinco grupos.

3. Placas polares com uma tensão circulante de 4.1 V a 44.5 ° exibem FWHM grande, enquanto os outros grupos de controle exibem FWHM semelhante.

No processo de carga e descarga da bateria, o eixo C apresenta grande retração e expansão. A redução no ciclo de vida da bateria em altas tensões não se deve a mudanças na estrutura da matéria viva. Portanto, os três pontos acima verificam que a mudança estrutural não é a principal razão para o declínio da vida útil da bateria.

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Em segundo lugar, o ciclo de vida da bateria NCM811 está relacionado à reação parasitária na bateria

NCM811 e grafite são feitos em células de pacote flexível usando diferentes eletrólitos. Em contraste, 2% VC e PES211 foram adicionados ao eletrólito dos dois grupos, respectivamente, e a taxa de manutenção da capacidade dos dois grupos mostrou uma grande diferença após o ciclo da bateria.

A imagem

De acordo com a figura acima, quando a tensão de corte da bateria com 2% VC é 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V e 4.4 V, a taxa de manutenção da capacidade da bateria após 70 ciclos é de 98%, 98%, 91 % e 88%, respectivamente. Após apenas 40 ciclos, a taxa de manutenção da capacidade da bateria com PES211 adicionado diminuiu para 91%, 82%, 82%, 74%. É importante ressaltar que em experimentos anteriores, o ciclo de vida da bateria dos sistemas NCM424 / grafite e NCM111 / grafite com PES211 foi melhor do que com 2% VC. Isso leva à suposição de que os aditivos eletrolíticos têm um impacto significativo na vida da bateria em sistemas com alto teor de níquel.

Também pode ser visto a partir dos dados acima que o ciclo de vida sob alta tensão é muito pior do que sob baixa tensão. Através da função de ajuste de polarização, △ V e tempos de ciclo, a seguinte figura pode ser obtida:

A imagem

Pode-se ver que a bateria △ V é pequena durante o ciclo em baixa tensão de corte, mas quando a tensão sobe acima de 4.3 V, △ V aumenta bruscamente e a polarização da bateria aumenta, o que afeta muito a vida da bateria. Também pode ser visto na figura que a taxa de alteração △ V de VC e PES211 é diferente, o que verifica ainda que o grau e a velocidade de polarização da bateria são diferentes com aditivos eletrolíticos diferentes.

A microcalorimetria isotérmica foi utilizada para analisar a probabilidade de reação parasitária da bateria. Parâmetros como polarização, entropia e fluxo de calor parasita foram extraídos para fazer uma relação funcional com rSOC, conforme mostrado na figura abaixo:

A imagem

Acima de 4.2 V, o fluxo de calor parasita aumenta repentinamente, porque a superfície do ânodo altamente delítio reage facilmente com o eletrólito em alta tensão. Isso também explica por que quanto mais alta a tensão de carga e descarga, mais rápido a taxa de manutenção da bateria diminui.

A imagem

Iii. NCM811 tem segurança fraca

Sob a condição de aumentar a temperatura ambiente, a atividade de reação do NCM811 no estado de carga com eletrólito é muito maior do que a do NCM111. Portanto, o uso de NCM811 produção de bateria é difícil de passar a certificação obrigatória nacional.

A imagem

A figura é um gráfico das taxas de autoaquecimento de NCM811 e NCM111 entre 70 ℃ e 350 ℃. A figura mostra que o NCM811 começa a aquecer em cerca de 105 ℃, enquanto o NCM111 não antes de 200 ℃. O NCM811 tem uma taxa de aquecimento de 1 ℃ / min a partir de 200 ℃, enquanto o NCM111 tem uma taxa de aquecimento de 0.05 ℃ / min, o que significa que o sistema NCM811 / grafite é difícil de obter a certificação de segurança obrigatória.

A matéria viva com alto teor de níquel deverá ser o principal material das baterias de alta densidade de energia no futuro. Como resolver o problema de rápida deterioração da vida útil da bateria NCM811? Primeiro, a superfície da partícula de NCM811 foi modificada para melhorar seu desempenho. A segunda é usar o eletrólito que pode reduzir a reação parasitária dos dois, de forma a melhorar seu ciclo de vida e segurança. A imagem

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