Trojni material nikelj-kobalt-mangan je eden glavnih materialov trenutne baterije. Ti trije elementi imajo različne pomene za material katode, med katerimi je element iz niklja za izboljšanje zmogljivosti baterije. Višja kot je vsebnost niklja, večja je specifična zmogljivost materiala. NCM811 ima specifično zmogljivost 200 mAh/g in platformo za praznjenje približno 3.8 V, ki jo je mogoče narediti v baterijo z visoko energijsko gostoto. Vendar pa je problem baterije NCM811 slaba varnost in hitro upadanje življenjske dobe. Kateri so razlogi, ki vplivajo na njegovo življenjsko dobo in varnost? Kako rešiti to težavo? Sledi poglobljena analiza:

NCM811 je bil izdelan v gumbasto baterijo (NCM811/Li) in fleksibilno baterijo (NCM811/grafit), testirali pa smo njeno gramsko kapaciteto in polno kapaciteto baterije. Mehka baterija je bila razdeljena v štiri skupine za poskus z enim faktorjem. Spremenljivka parametra je bila izklopna napetost, ki je bila 4.1 V, 4.2 V, 4.3 V in 4.4 V. Najprej je bila baterija dvakrat ciklična pri 0.05C in nato pri 0.2C pri 30℃. Po 200 ciklih je krivulja cikla baterije mehkega paketa prikazana na spodnji sliki:

Iz slike je razvidno, da sta v pogojih visoke napetosti izklopa gramska zmogljivost žive snovi in ​​baterije velika, vendar tudi gramska zmogljivost baterije in materiala propadata hitreje. Nasprotno, pri nižjih izklopnih napetostih (pod 4.2 V) se zmogljivost baterije počasi slabša in življenjska doba cikla je daljša.

V tem poskusu smo parazitsko reakcijo preučevali z izotermično kalorimetrijo, strukturo in morfološko razgradnjo katodnih materialov med cikličnim procesom pa sta proučevala z XRD in SEM. Zaključki so naslednji:

Slika

Prvič, strukturna sprememba ni glavni vzrok za zmanjšanje življenjske dobe baterije

Rezultati XRD in SEM so pokazali, da po 4.1 ciklih pri 4.2c ni bilo očitne razlike v morfologiji delcev in atomski strukturi baterije z elektrodo in izklopno napetostjo 4.3V, 4.4V, 200V in 0.2V. Zato hitra strukturna sprememba žive snovi med polnjenjem in praznjenjem ni glavni razlog za upad življenjske dobe baterije. Namesto tega so parazitske reakcije na vmesniku med elektrolitom in visoko reaktivnimi delci žive snovi v delitijevem stanju glavni vzrok zmanjšane življenjske dobe baterije pri visokonapetostnem ciklu 4.2 V.

(1) SEM

Slika

Slika

A1 in A2 sta sliki SEM baterije brez kroženja. B ~ E so slike SEM živega materiala pozitivne elektrode po 200 ciklu pod pogojem 0.5 C in napetostjo polnjenja 4.1 V/4.2 V/4.3 V/4.4 V. Na levi strani je slika z elektronskim mikroskopom pri majhni povečavi, na desni strani pa slika z elektronskim mikroskopom pod veliko povečavo. Kot je razvidno iz zgornje slike, ni bistvene razlike v morfologiji delcev in stopnji loma med obtočno in nekrožno baterijo.

(2) XRD slike

Kot je razvidno iz zgornje slike, ni očitne razlike med petimi vrhovi v obliki in položaju.

(3) Sprememba parametrov mreže

Slika

Kot je razvidno iz tabele, so naslednje točke:

1. Konstante rešetke necikličnih polarnih plošč so skladne s konstantami živega prahu NCM811. Ko je izklopna napetost cikla 4.1 V, se konstanta rešetke ne razlikuje bistveno od prejšnjih dveh, os C pa se nekoliko poveča. Konstante mreže C-osi s 4.2V, 4.3V in 4.4V se bistveno ne razlikujejo od tistih pri 4.1V (0.004 angms), medtem ko so podatki na osi A precej različni.

2. V petih skupinah ni prišlo do pomembne spremembe vsebnosti Ni.

3. Polarne plošče s krožečo napetostjo 4.1 V pri 44.5° kažejo velike polvisine, medtem ko druge kontrolne skupine kažejo podobno polvisino.

V procesu polnjenja in praznjenja baterije se os C močno skrči in razširi. Zmanjšanje življenjske dobe baterije pri visokih napetostih ni posledica sprememb v strukturi žive snovi. Zato zgornje tri točke potrjujejo, da strukturna sprememba ni glavni razlog za upad življenjske dobe baterije.

Slika

Drugič, življenjska doba baterije NCM811 je povezana s parazitsko reakcijo v bateriji

NCM811 in grafit sta izdelana v fleksibilne celice z uporabo različnih elektrolitov. V nasprotju s tem sta bila elektrolitu obeh skupin dodana 2% VC in PES211, stopnja vzdrževanja zmogljivosti obeh skupin pa je pokazala veliko razliko po ciklu baterije.

Slika

Glede na zgornjo sliko, ko je izklopna napetost baterije z 2% VC 4.1V, 4.2V, 4.3V in 4.4V, je stopnja vzdrževanja kapacitete baterije po 70 ciklih 98%, 98%, 91 % oziroma 88 %. Po samo 40 ciklih se je stopnja vzdrževanja zmogljivosti baterije z dodanim PES211 zmanjšala na 91 %, 82 %, 82 %, 74 %. Pomembno je, da je bila v prejšnjih poskusih življenjska doba baterije sistemov NCM424/grafita in NCM111/grafita s PES211 boljša kot pri 2% VC. To vodi v domnevo, da imajo elektrolitski dodatki pomemben vpliv na življenjsko dobo baterije v sistemih z visoko vsebnostjo niklja.

Iz zgornjih podatkov je tudi razvidno, da je življenjska doba cikla pod visoko napetostjo veliko slabša kot pri nizki napetosti. S funkcijo prilagajanja polarizacije, △V in časov ciklov je mogoče dobiti naslednjo številko:

Slika

Vidi se, da je baterija △V majhna pri nizki izklopni napetosti, ko pa napetost naraste nad 4.3V, se △V močno poveča in polarizacija baterije se poveča, kar močno vpliva na življenjsko dobo baterije. Iz slike je tudi razvidno, da je stopnja spremembe △V VC in PES211 različna, kar dodatno potrjuje, da sta stopnja in hitrost polarizacije baterije različni pri različnih aditivih za elektrolit.

Za analizo verjetnosti parazitske reakcije baterije smo uporabili izotermno mikrokalorimetrijo. Parametri, kot so polarizacija, entropija in parazitski toplotni tok, so bili ekstrahirani, da bi vzpostavili funkcionalno razmerje z rSOC, kot je prikazano na spodnji sliki:

Slika

Nad 4.2 V se pokaže, da se parazitski toplotni tok nenadoma poveča, ker zelo delitijeva anodna površina zlahka reagira z elektrolitom pri visoki napetosti. To tudi pojasnjuje, zakaj višja kot je napetost polnjenja in praznjenja, hitreje se zmanjša stopnja vzdrževanja baterije.

Slika

iii. NCM811 ima slabo varnost

Pod pogojem zvišanja temperature okolice je reakcijska aktivnost NCM811 v stanju polnjenja z elektrolitom veliko večja kot pri NCM111. Zato je uporaba NCM811 proizvodnje baterije težko prestati nacionalno obvezno certificiranje.

Slika

Slika je graf hitrosti samosegrevanja NCM811 in NCM111 med 70 ℃ in 350 ℃. Slika prikazuje, da se NCM811 začne segrevati pri približno 105 ℃, NCM111 pa šele pri 200 ℃. NCM811 ima hitrost segrevanja 1℃/min od 200℃, medtem ko ima NCM111 hitrost segrevanja 0.05℃/min, kar pomeni, da je za grafitni sistem NCM811/ težko pridobiti obvezno varnostno potrdilo.

Živa snov z visoko vsebnostjo niklja bo zagotovo glavni material baterije z visoko energijsko gostoto v prihodnosti. Kako rešiti problem hitrega upada življenjske dobe baterije NCM811? Prvič, površina delcev NCM811 je bila spremenjena za izboljšanje njegove učinkovitosti. Drugi je uporaba elektrolita, ki lahko zmanjša parazitsko reakcijo obeh, da izboljša življenjsko dobo in varnost njegovega cikla. Slika

Dolgo pritisnite, da prepoznate QR kodo, dodajte litij π!

Vabljeni k delitvi!