Ang Nickel-cobalt-manganese ternary material ay isa sa mga pangunahing materyales ng kasalukuyang power battery. Ang tatlong elemento ay may iba’t ibang kahulugan para sa materyal ng cathode, kung saan ang elemento ng nikel ay upang mapabuti ang kapasidad ng baterya. Kung mas mataas ang nilalaman ng nikel, mas mataas ang kapasidad na tiyak na materyal. Ang NCM811 ay may partikular na kapasidad na 200mAh/g at isang discharge platform na humigit-kumulang 3.8V, na maaaring gawing high energy density na baterya. Gayunpaman, ang problema ng baterya ng NCM811 ay mahinang kaligtasan at mabilis na pagkabulok ng buhay ng ikot. Ano ang mga dahilan na nakakaapekto sa cycle ng buhay at kaligtasan nito? Paano malutas ang problemang ito? Ang sumusunod ay isang malalim na pagsusuri:

Ang NCM811 ay ginawang button na baterya (NCM811/Li) at flexible pack na baterya (NCM811/ graphite), at ang kapasidad ng gramo nito at ang buong kapasidad ng baterya ay nasubok ayon sa pagkakabanggit. Ang soft-pack na baterya ay hinati sa apat na grupo para sa isang salik na eksperimento. Ang variable ng parameter ay cut-off na boltahe, na 4.1V, 4.2V, 4.3V at 4.4V, ayon sa pagkakabanggit. Una, ang baterya ay na-cycle nang dalawang beses sa 0.05c at pagkatapos ay sa 0.2C sa 30 ℃. Pagkatapos ng 200 cycle, ang soft pack battery cycle curve ay ipinapakita sa figure sa ibaba:

Makikita mula sa figure na sa ilalim ng kondisyon ng mataas na cut-off na boltahe, ang kapasidad ng gramo ng buhay na bagay at baterya ay parehong mataas, ngunit ang kapasidad ng gramo ng baterya at materyal ay mas mabilis ding nabulok. Sa kabaligtaran, sa mas mababang mga cut-off na boltahe (sa ibaba 4.2V), ang kapasidad ng baterya ay dahan-dahang bumababa at ang buhay ng cycle ay mas mahaba.

Sa eksperimentong ito, ang reaksyon ng parasitiko ay pinag-aralan ng isothermal calorimetry at ang pagkasira ng istraktura at morpolohiya ng mga materyales ng cathode sa panahon ng proseso ng pagbibisikleta ay pinag-aralan ng XRD at SEM. Ang mga konklusyon ay ang mga sumusunod:

Ang larawan

Una, hindi ang pagbabago sa istruktura ang pangunahing dahilan ng pagbaba ng buhay ng ikot ng baterya

Ang mga resulta ng XRD at SEM ay nagpakita na walang malinaw na pagkakaiba sa particle morphology at atomic structure ng baterya na may electrode at cut-off na boltahe na 4.1V, 4.2V, 4.3V at 4.4V pagkatapos ng 200 cycle sa 0.2c. Samakatuwid, ang mabilis na pagbabago sa istruktura ng bagay na may buhay sa panahon ng pagcha-charge at pagdiskarga ay hindi ang pangunahing dahilan ng pagbaba ng buhay ng ikot ng baterya. Sa halip, ang mga parasitic na reaksyon sa interface sa pagitan ng electrolyte at ang mataas na reaktibong mga particle ng live matter sa delithium state ang pangunahing dahilan ng pagbawas ng buhay ng baterya sa 4.2V high voltage cycle.

(1) ang SEM

Ang larawan

Ang larawan

Ang A1 at A2 ay ang mga imahe ng SEM ng baterya na walang sirkulasyon. Ang B ~ E ay mga imahe ng SEM ng positibong electrode living material pagkatapos ng 200cycle sa ilalim ng 0.5C na kondisyon at nagcha-charge ng cut-off na boltahe na 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V, ayon sa pagkakabanggit. Ang kaliwang bahagi ay electron microscope image sa ilalim ng low magnification at ang kanang bahagi ay electron microscope image sa ilalim ng high magnification. Tulad ng makikita mula sa figure sa itaas, walang makabuluhang pagkakaiba sa particle morphology at breakage degree sa pagitan ng circulating battery at non-circulating battery.

(2) XRD na mga larawan

Tulad ng makikita mula sa figure sa itaas, walang malinaw na pagkakaiba sa pagitan ng limang peak sa hugis at posisyon.

(3) Pagbabago ng mga parameter ng sala-sala

Ang larawan

Tulad ng makikita mula sa talahanayan, ang mga sumusunod na puntos:

1. Ang mga constant ng sala-sala ng mga uncycled polar plate ay pare-pareho sa NCM811 live powder. Kapag ang cycle cutoff boltahe ay 4.1V, ang sala-sala pare-pareho ay hindi makabuluhang naiiba mula sa nakaraang dalawang, at ang C axis ay tumataas ng kaunti. Ang mga lattice constant ng C-axis na may 4.2V, 4.3V at 4.4V ay hindi gaanong naiiba sa mga nasa 4.1V (0.004 angms), habang ang data sa A-axis ay medyo naiiba.

2. Walang makabuluhang pagbabago sa nilalaman ng Ni sa limang grupo.

3. Ang mga polar plate na may circulating voltage na 4.1V sa 44.5° ay nagpapakita ng malaking FWHM, habang ang iba pang mga control group ay nagpapakita ng katulad na FWHM.

Sa proseso ng pag-charge at pagdiskarga ng baterya, ang C axis ay may malaking pag-urong at pagpapalawak. Ang pagbawas sa buhay ng ikot ng baterya sa matataas na boltahe ay hindi dahil sa mga pagbabago sa istraktura ng bagay na may buhay. Samakatuwid, ang tatlong puntos sa itaas ay nagpapatunay na ang pagbabago sa istruktura ay hindi ang pangunahing dahilan ng pagbaba ng buhay ng ikot ng baterya.

Ang larawan

Pangalawa, ang cycle ng buhay ng NCM811 na baterya ay nauugnay sa parasitic na reaksyon sa baterya

Ang NCM811 at graphite ay ginagawang flexible pack cells gamit ang iba’t ibang electrolytes. Sa kaibahan, ang 2% VC at PES211 ay idinagdag sa electrolyte ng dalawang grupo, ayon sa pagkakabanggit, at ang rate ng pagpapanatili ng kapasidad ng dalawang grupo ay nagpakita ng malaking pagkakaiba pagkatapos ng cycle ng baterya.

Ang larawan

Ayon sa figure sa itaas, kapag ang cut-off na boltahe ng baterya na may 2%VC ay 4.1V, 4.2V, 4.3V at 4.4V, ang capacity maintenance rate ng baterya pagkatapos ng 70 cycle ay 98%, 98%, 91 % at 88%, ayon sa pagkakabanggit. Pagkatapos lamang ng 40 cycle, ang kapasidad ng pagpapanatili ng rate ng baterya na may idinagdag na PES211 ay bumaba sa 91%, 82%, 82%, 74%. Mahalaga, sa mga nakaraang eksperimento, ang buhay ng baterya ng NCM424/ graphite at NCM111/ graphite system na may PES211 ay mas mahusay kaysa doon sa 2%VC. Ito ay humahantong sa pagpapalagay na ang mga electrolyte additives ay may malaking epekto sa buhay ng baterya sa mga high-nickel system.

Makikita rin mula sa data sa itaas na ang buhay ng ikot sa ilalim ng mataas na boltahe ay mas masahol kaysa sa ilalim ng mababang boltahe. Sa pamamagitan ng angkop na pag-andar ng polariseysyon, △V at mga oras ng pag-ikot, maaaring makuha ang sumusunod na pigura:

Ang larawan

Makikita na ang baterya △V ay maliit kapag nagbibisikleta sa mababang cut-off na boltahe, ngunit kapag ang boltahe ay tumaas nang higit sa 4.3V, ang △V ay tumataas nang husto at ang polarization ng baterya ay tumataas, na lubhang nakakaapekto sa buhay ng baterya. Makikita rin sa figure na ang △V change rate ng VC at PES211 ay iba, na higit pang nagpapatunay na ang antas at bilis ng polarization ng baterya ay iba sa iba’t ibang electrolyte additives.

Ang isothermal microcalorimetry ay ginamit upang pag-aralan ang posibilidad ng reaksyon ng parasitiko ng baterya. Ang mga parameter tulad ng polarization, entropy at parasitic heat flow ay nakuha upang makagawa ng functional na relasyon sa rSOC, tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba:

Ang larawan

Sa itaas ng 4.2V, ang daloy ng parasitiko na init ay ipinapakita na biglang tumaas, dahil ang mataas na delithium anode na ibabaw ay madaling tumutugon sa electrolyte sa mataas na boltahe. Ipinapaliwanag din nito kung bakit kapag mas mataas ang boltahe ng charge at discharge, mas mabilis na bumababa ang rate ng pagpapanatili ng baterya.

Ang larawan

iii. Ang NCM811 ay may mahinang seguridad

Sa ilalim ng kondisyon ng pagtaas ng temperatura ng kapaligiran, ang aktibidad ng reaksyon ng NCM811 sa estado ng pag-charge na may electrolyte ay mas malaki kaysa sa NCM111. Samakatuwid, ang paggamit ng NCM811 produksyon ng baterya ay mahirap na pumasa sa pambansang sapilitang sertipikasyon.

Ang larawan

Ang figure ay isang graph ng self-heating rate ng NCM811 at NCM111 sa pagitan ng 70℃ at 350℃. Ipinapakita ng figure na ang NCM811 ay nagsisimulang uminit sa humigit-kumulang 105 ℃, habang ang NCM111 ay hindi hanggang 200 ℃. Ang NCM811 ay may heating rate na 1 ℃/min mula sa 200 ℃, habang ang NCM111 ay may heating rate na 0.05 ℃/min, na nangangahulugan na ang NCM811/ graphite system ay mahirap kumuha ng mandatoryong sertipikasyon sa kaligtasan.

Ang high nickel living matter ay tiyak na magiging pangunahing materyal ng high energy density na baterya sa hinaharap. Paano malutas ang problema ng mabilis na pagkabulok ng buhay ng baterya ng NCM811? Una, ang particle surface ng NCM811 ay binago upang mapabuti ang pagganap nito. Ang pangalawa ay ang paggamit ng electrolyte na maaaring mabawasan ang parasitic reaction ng dalawa, upang mapabuti ang cycle ng buhay at kaligtasan nito. Ang larawan

Pindutin nang matagal upang matukoy ang QR code, magdagdag ng lithium π!

Maligayang pagdating upang ibahagi!