Materialul ternar nichel-cobalt-mangan este unul dintre principalele materiale ale bateriei curente. Cele trei elemente au semnificații diferite pentru materialul catodic, printre care elementul de nichel este de a îmbunătăți capacitatea bateriei. Cu cât conținutul de nichel este mai mare, cu atât capacitatea specifică a materialului este mai mare. NCM811 are o capacitate specifică de 200mAh/g și o platformă de descărcare de aproximativ 3.8V, care poate fi transformată într-o baterie cu densitate mare de energie. Cu toate acestea, problema bateriei NCM811 este siguranța slabă și scaderea rapidă a ciclului de viață. Care sunt motivele care afectează durata de viață și siguranța acestuia? Cum se rezolvă această problemă? Următoarea este o analiză aprofundată:

NCM811 a fost transformat într-o baterie buton (NCM811/Li) și o baterie flexibilă (NCM811/grafit), iar capacitatea sa în grame și, respectiv, capacitatea completă a bateriei au fost testate. Bateria soft-pack a fost împărțită în patru grupuri pentru experimentul cu un singur factor. Variabila parametrului a fost tensiunea de întrerupere, care a fost de 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V și, respectiv, 4.4 V. Mai întâi, bateria a fost ciclată de două ori la 0.05c și apoi la 0.2C la 30℃. După 200 de cicluri, curba ciclului bateriei pachetului moale este prezentată în figura de mai jos:

Se poate observa din figură că, în condițiile unei tensiuni de întrerupere ridicate, capacitatea în grame a materiei vii și a bateriei sunt ambele mari, dar capacitatea în grame a bateriei și a materialului se degradează, de asemenea, mai repede. Dimpotrivă, la tensiuni de întrerupere mai mici (sub 4.2 V), capacitatea bateriei se degradează lent și durata de viață este mai lungă.

În acest experiment, reacția parazită a fost studiată prin calorimetrie izotermă, iar degradarea structurii și morfologiei materialelor catodice în timpul procesului de ciclizare au fost studiate prin XRD și SEM. Concluziile sunt următoarele:

Fotografia

În primul rând, schimbarea structurală nu este principala cauză a scăderii ciclului de viață a bateriei

Rezultatele XRD și SEM au arătat că nu a existat o diferență evidentă în morfologia particulelor și structura atomică a bateriei cu electrod și tensiune de întrerupere de 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V și 4.4 V după 200 de cicluri la 0.2c. Prin urmare, schimbarea rapidă a structurii materiei vii în timpul încărcării și descărcării nu este motivul principal al scăderii ciclului de viață a bateriei. În schimb, reacțiile parazitare de la interfața dintre electrolit și particulele foarte reactive ale materiei vii în stare de delitiu sunt cauza principală a reducerii duratei de viață a bateriei la ciclul de înaltă tensiune de 4.2 V.

(1) SEM

Fotografia

Fotografia

A1 și A2 sunt imaginile SEM ale bateriei fără circulație. B ~ E sunt imagini SEM ale materialului viu cu electrozi pozitivi după 200 de cicluri în condiții de 0.5 C și, respectiv, tensiune de întrerupere a încărcării de 4.1 V/4.2 V/4.3 V/4.4 V. Partea stângă este o imagine cu microscopul electronic la mărire scăzută, iar partea dreaptă este o imagine cu microscopul electronic la mărire mare. După cum se poate observa din figura de mai sus, nu există nicio diferență semnificativă în morfologia particulelor și gradul de rupere între bateria care circulă și bateria care nu circulă.

(2) imagini XRD

După cum se poate observa din figura de mai sus, nu există nicio diferență evidentă între cele cinci vârfuri în formă și poziție.

(3) Modificarea parametrilor rețelei

Fotografia

După cum se poate observa din tabel, următoarele puncte:

1. Constantele rețelei ale plăcilor polare neciclate sunt în concordanță cu cele ale pulberii vii NCM811. Când tensiunea de întrerupere a ciclului este de 4.1 V, constanta rețelei nu este semnificativ diferită de cele două anterioare, iar axa C crește puțin. Constantele rețelei ale axei C cu 4.2 V, 4.3 V și 4.4 V nu sunt semnificativ diferite de cele ale axei C (4.1 angms), în timp ce datele de pe axa A sunt destul de diferite.

2. Nu a existat o schimbare semnificativă a conținutului de Ni în cele cinci grupuri.

3. Plăcile polare cu o tensiune de circulație de 4.1 V la 44.5 ° prezintă FWHM mare, în timp ce celelalte grupuri de control prezintă FWHM similare.

În procesul de încărcare și descărcare a bateriei, axa C are o contracție și o expansiune mare. Reducerea ciclului de viață a bateriei la tensiuni înalte nu se datorează modificărilor structurii materiei vii. Prin urmare, cele trei puncte de mai sus verifică că schimbarea structurală nu este principalul motiv pentru scăderea ciclului de viață a bateriei.

Fotografia

În al doilea rând, durata de viață a bateriei NCM811 este legată de reacția parazită a bateriei

NCM811 și grafitul sunt transformate în celule flexibile folosind electroliți diferiți. În schimb, 2% VC și PES211 au fost adăugate la electrolitul celor două grupuri, respectiv, iar rata de menținere a capacității celor două grupuri a arătat o mare diferență după ciclul bateriei.

Fotografia

Conform figurii de mai sus, când tensiunea de întrerupere a bateriei cu 2% VC este de 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V și 4.4 V, rata de întreținere a capacității bateriei după 70 de cicluri este de 98%, 98%, 91. % și, respectiv, 88%. După doar 40 de cicluri, rata de întreținere a capacității bateriei cu PES211 adăugat a scăzut la 91%, 82%, 82%, 74%. Important, în experimentele anterioare, durata de viață a bateriei sistemelor NCM424/grafit și NCM111/grafit cu PES211 a fost mai bună decât cea cu 2% VC. Acest lucru duce la presupunerea că aditivii electroliți au un impact semnificativ asupra duratei de viață a bateriei în sistemele cu conținut ridicat de nichel.

De asemenea, se poate observa din datele de mai sus că durata de viață a ciclului la tensiune înaltă este mult mai proastă decât cea la tensiune joasă. Prin funcția de adaptare a polarizării, △V și timpii de ciclu, se poate obține următoarea cifră:

Fotografia

Se poate observa că bateria △V este mică atunci când se rulează la o tensiune de întrerupere joasă, dar când tensiunea crește peste 4.3V, △V crește brusc și polarizarea bateriei crește, ceea ce afectează foarte mult durata de viață a bateriei. De asemenea, se poate observa din figură că rata de schimbare a △V a VC și PES211 este diferită, ceea ce verifică în continuare că gradul și viteza de polarizare a bateriei sunt diferite cu diferiți aditivi de electroliți.

Microcalorimetria izotermă a fost utilizată pentru a analiza probabilitatea de reacție parazitară a bateriei. Parametri precum polarizarea, entropia și fluxul de căldură parazitar au fost extrași pentru a face o relație funcțională cu rSOC, așa cum se arată în figura de mai jos:

Fotografia

Peste 4.2 V, se arată că fluxul de căldură parazit crește brusc, deoarece suprafața anodului înalt de delitiu reacționează ușor cu electrolitul la tensiune înaltă. Acest lucru explică, de asemenea, de ce cu cât tensiunea de încărcare și descărcare este mai mare, cu atât rata de întreținere a bateriei scade mai rapid.

Fotografia

iii. NCM811 are securitate slabă

În condiția creșterii temperaturii ambientale, activitatea de reacție a NCM811 în stare de încărcare cu electrolit este mult mai mare decât cea a NCM111. Prin urmare, utilizarea de producție NCM811 a bateriei este dificil de a trece de certificarea națională obligatorie.

Fotografia

Figura este un grafic al ratelor de auto-încălzire ale NCM811 și NCM111 între 70℃ și 350℃. Figura arată că NCM811 începe să se încălzească la aproximativ 105 ℃, în timp ce NCM111 nu se încălzește până la 200 ℃. NCM811 are o rată de încălzire de 1℃/min de la 200℃, în timp ce NCM111 are o viteză de încălzire de 0.05℃/min, ceea ce înseamnă că sistemul NCM811/grafit este dificil de obținut certificarea obligatorie de siguranță.

Materia vie cu conținut ridicat de nichel este obligat să fie principalul material al bateriei cu densitate mare de energie în viitor. Cum se rezolvă problema decăderii rapide a duratei de viață a bateriei NCM811? În primul rând, suprafața particulelor NCM811 a fost modificată pentru a-și îmbunătăți performanța. Al doilea este utilizarea electrolitului care poate reduce reacția parazitară a celor doi, astfel încât să-și îmbunătățească ciclul de viață și siguranța. Fotografia

Apăsați lung pentru a identifica codul QR, adăugați litiu π!

Bine ați venit să împărtășiți!