Materiali tresh nikel-kobalt-mangan është një nga materialet kryesore të baterisë aktuale të energjisë. Të tre elementët kanë kuptime të ndryshme për materialin katodë, ndër të cilët elementi i nikelit është përmirësimi i kapacitetit të baterisë. Sa më e lartë të jetë përmbajtja e nikelit, aq më i lartë është kapaciteti specifik i materialit. NCM811 ka një kapacitet specifik prej 200 mAh/g dhe një platformë shkarkimi prej rreth 3.8 V, e cila mund të bëhet një bateri me densitet të lartë energjie. Megjithatë, problemi i baterisë NCM811 është siguria e dobët dhe prishja e shpejtë e jetës së ciklit. Cilat janë arsyet që ndikojnë në jetën dhe sigurinë e ciklit të tij? Si të zgjidhet ky problem? Më poshtë është një analizë e thellë:

NCM811 u bë në bateri me butona (NCM811/Li) dhe bateri fleksibël me paketë (NCM811/grafit), dhe kapaciteti i tij gram dhe kapaciteti i plotë i baterisë u testuan përkatësisht. Bateria me paketë të butë u nda në katër grupe për eksperiment me një faktor. Variabli i parametrit ishte tensioni i ndërprerjes, i cili ishte përkatësisht 4.1V, 4.2V, 4.3V dhe 4.4V. Së pari, bateria u ciklua dy herë në 0.05c dhe më pas në 0.2C në 30℃. Pas 200 cikleve, kurba e ciklit të baterisë së paketës së butë është paraqitur në figurën më poshtë:

Nga figura mund të shihet se në kushtet e tensionit të lartë të ndërprerjes, kapaciteti gram i lëndës së gjallë dhe i baterisë janë të dy të larta, por kapaciteti gram i baterisë dhe i materialit gjithashtu prishen më shpejt. Përkundrazi, në tensione më të ulëta të ndërprerjes (nën 4.2 V), kapaciteti i baterisë degradohet ngadalë dhe jeta e ciklit është më e gjatë.

Në këtë eksperiment, reaksioni parazitar u studiua me kalorimetri izotermale dhe struktura dhe degradimi morfologjik i materialeve katodike gjatë procesit të çiklizmit u studiuan nga XRD dhe SEM. Përfundimet janë si më poshtë:

Piktura

Së pari, ndryshimi strukturor nuk është shkaku kryesor i rënies së ciklit të baterisë

Rezultatet e XRD dhe SEM treguan se nuk kishte ndonjë ndryshim të dukshëm në morfologjinë e grimcave dhe strukturën atomike të baterisë me elektrodën dhe tensionin e ndërprerjes prej 4.1V, 4.2V, 4.3V dhe 4.4V pas 200 cikleve në 0.2c. Prandaj, ndryshimi i shpejtë strukturor i lëndës së gjallë gjatë karikimit dhe shkarkimit nuk është arsyeja kryesore për rënien e jetës së ciklit të baterisë. Në vend të kësaj, reaksionet parazitare në ndërfaqen midis elektrolitit dhe grimcave shumë reaktive të lëndës së gjallë në gjendjen e delitit janë shkaku kryesor i reduktimit të jetëgjatësisë së baterisë në ciklin e tensionit të lartë 4.2V.

(1) SEM

Piktura

Piktura

A1 dhe A2 janë imazhet SEM të baterisë pa qarkullim. B ~ E janë imazhe SEM të materialit të gjallë të elektrodës pozitive pas ciklit 200 në kushte 0.5C dhe tension ndërprerës të karikimit përkatësisht 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V. Ana e majtë është imazhi i mikroskopit elektronik nën zmadhim të ulët dhe ana e djathtë është imazhi i mikroskopit elektronik nën zmadhim të lartë. Siç mund të shihet nga figura e mësipërme, nuk ka ndonjë ndryshim domethënës në morfologjinë e grimcave dhe shkallën e thyerjes midis baterisë qarkulluese dhe baterisë joqarkulluese.

(2) imazhe XRD

Siç mund të shihet nga figura e mësipërme, nuk ka asnjë ndryshim të dukshëm midis pesë majave në formë dhe pozicion.

(3) Ndryshimi i parametrave të rrjetës

Piktura

Siç mund të shihet nga tabela, pikat e mëposhtme:

1. Konstantet e rrjetës së pllakave polare të pacikluara janë në përputhje me ato të pluhurit të gjallë NCM811. Kur voltazhi i ndërprerjes së ciklit është 4.1 V, konstanta e grilës nuk është dukshëm e ndryshme nga dy të mëparshmet, dhe boshti C rritet pak. Konstantat e rrjetës së boshtit C me 4.2V, 4.3V dhe 4.4V nuk ndryshojnë dukshëm nga ato të 4.1V (0.004 angms), ndërsa të dhënat në boshtin A janë mjaft të ndryshme.

2. Nuk kishte asnjë ndryshim domethënës në përmbajtjen e Ni në pesë grupet.

3. Pllakat polare me një tension qarkullues prej 4.1V në 44.5° shfaqin FWHM të mëdha, ndërsa grupet e tjera të kontrollit shfaqin FWHM të ngjashme.

Në procesin e karikimit dhe shkarkimit të baterisë, boshti C ka një tkurrje dhe zgjerim të madh. Reduktimi i jetëgjatësisë së ciklit të baterisë në tensione të larta nuk është për shkak të ndryshimeve në strukturën e lëndës së gjallë. Prandaj, tre pikat e mësipërme vërtetojnë se ndryshimi strukturor nuk është arsyeja kryesore për uljen e jetëgjatësisë së ciklit të baterisë.

Piktura

Së dyti, jeta e ciklit të baterisë NCM811 lidhet me reaksionin parazitar në bateri

NCM811 dhe grafiti bëhen në qeliza fleksibël të paketimit duke përdorur elektrolite të ndryshme. Në të kundërt, 2% VC dhe PES211 iu shtuan elektrolitit të dy grupeve, përkatësisht, dhe shkalla e mirëmbajtjes së kapacitetit të dy grupeve tregoi një ndryshim të madh pas ciklit të baterisë.

Piktura

Sipas figurës së mësipërme, kur tensioni i ndërprerjes së baterisë me 2% VC është 4.1V, 4.2V, 4.3V dhe 4.4V, shkalla e mirëmbajtjes së kapacitetit të baterisë pas 70 cikleve është 98%, 98%, 91 % dhe 88%, respektivisht. Pas vetëm 40 cikleve, shkalla e mirëmbajtjes së kapacitetit të baterisë me PES211 të shtuar u ul në 91%, 82%, 82%, 74%. E rëndësishmja, në eksperimentet e mëparshme, jeta e ciklit të baterisë së sistemeve NCM424/ grafit dhe NCM111/ grafit me PES211 ishte më e mirë se ajo me 2% VC. Kjo çon në supozimin se aditivët e elektrolitit kanë një ndikim të rëndësishëm në jetëgjatësinë e baterisë në sistemet me nivel të lartë nikel.

Nga të dhënat e mësipërme mund të shihet gjithashtu se jeta e ciklit nën tension të lartë është shumë më e keqe se ajo në tension të ulët. Nëpërmjet funksionit të përshtatjes së polarizimit, △V dhe kohëve të ciklit, mund të merret figura e mëposhtme:

Piktura

Mund të shihet se bateria △V është e vogël kur ecni me biçikletë me tension të ulët ndërprerës, por kur voltazhi rritet mbi 4.3 V, △V rritet ndjeshëm dhe polarizimi i baterisë rritet, gjë që ndikon shumë në jetëgjatësinë e baterisë. Nga figura mund të shihet gjithashtu se shkalla e ndryshimit △V e VC dhe PES211 është e ndryshme, gjë që vërteton më tej se shkalla dhe shpejtësia e polarizimit të baterisë janë të ndryshme me aditivë të ndryshëm elektrolite.

Mikrokalorimetria izotermale u përdor për të analizuar probabilitetin e reaksionit parazitar të baterisë. Parametra të tillë si polarizimi, entropia dhe rrjedha parazitare e nxehtësisë u nxorën për të krijuar një marrëdhënie funksionale me rSOC, siç tregohet në figurën më poshtë:

Piktura

Mbi 4.2 V, rrjedha e nxehtësisë parazitare tregohet se rritet papritur, sepse sipërfaqja e anodës me shumë delitium reagon lehtësisht me elektrolitin në tension të lartë. Kjo shpjegon gjithashtu pse sa më i lartë të jetë voltazhi i ngarkimit dhe shkarkimit, aq më shpejt zvogëlohet shkalla e mirëmbajtjes së baterisë.

Piktura

iii. NCM811 ka siguri të dobët

Në kushtet e rritjes së temperaturës së ambientit, aktiviteti i reagimit të NCM811 në gjendjen e ngarkimit me elektrolit është shumë më i madh se ai i NCM111. Prandaj, përdorimi i prodhimit të baterisë NCM811 është i vështirë për të kaluar certifikimin kombëtar të detyrueshëm.

Piktura

Figura është një grafik i shkallëve të vetë-nxehjes së NCM811 dhe NCM111 midis 70℃ dhe 350℃. Figura tregon se NCM811 fillon të nxehet në rreth 105℃, ndërsa NCM111 jo deri në 200℃. NCM811 ka një shkallë ngrohjeje prej 1℃/min nga 200℃, ndërsa NCM111 ka një shkallë ngrohjeje prej 0.05℃/min, që do të thotë se sistemi NCM811/ grafit është i vështirë për të marrë certifikimin e detyrueshëm të sigurisë.

Lënda e gjallë me nikel të lartë do të jetë materiali kryesor i baterisë me densitet të lartë të energjisë në të ardhmen. Si të zgjidhni problemin e prishjes së shpejtë të jetëgjatësisë së baterisë NCM811? Së pari, sipërfaqja e grimcave të NCM811 u modifikua për të përmirësuar performancën e saj. E dyta është përdorimi i elektrolitit i cili mund të zvogëlojë reaksionin parazitar të të dyve, në mënyrë që të përmirësojë jetën dhe sigurinë e ciklit të tij. Piktura

Shtypni gjatë për të identifikuar kodin QR, shtoni litium π!

Mirë se vini për të ndarë!