鎳鈷錳三元材料是目前動力電池的主要材料之一。 這三種元素對於正極材料有著不同的含義，其中鎳元素是為了提高電池的容量。 鎳含量越高，材料比容量越高。 NCM811的比容量為200mAh/g，放電平台約為3.8V，可製成高能量密度電池。 但是NCM811電池的問題是安全性差，循環壽命衰減快。 影響其循環壽命和安全性的原因有哪些？ 如何解決這個問題呢？ 以下是深入分析：

將NCM811製成鈕扣電池（NCM811/Li）和軟包電池（NCM811/石墨），分別測試克容量和全電池容量。 將軟包電池分為四組進行單因素實驗。 參數變量為截止電壓，分別為4.1V、4.2V、4.3V和4.4V。 首先，電池在 0.05c 和 0.2C 在 30℃下循環兩次。 200次循環後，軟包電池循環曲線如下圖所示：

從圖中可以看出，在高截止電壓條件下，生物體和電池的克容量都很高，但電池和材料的克容量也衰減得更快。 相反，在較低的截止電壓（低於4.2V）下，電池容量下降緩慢，循環壽命更長。

本實驗通過等溫量熱法研究了寄生反應，並通過XRD和SEM研究了正極材料在循環過程中的結構和形貌退化。 結論如下：

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一、結構變化不是電池循環壽命下降的主要原因

XRD和SEM結果表明，在4.1c下循環4.2次後，電極和截止電壓為4.3V、4.4V、200V和0.2V的電池在顆粒形貌和原子結構方面沒有明顯差異。 因此，充放電過程中生命物質的快速結構變化並不是電池循環壽命下降的主要原因。 相反，電解質與脫鋰狀態下活性物質的高反應性顆粒之間界面處的寄生反應是 4.2V 高壓循環下電池壽命縮短的主要原因。

(1) 掃描電鏡

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A1和A2為無循環電池的SEM圖像。 B~E分別為正極活性物質在200C條件下、充電截止電壓0.5V/4.1V/4.2V/4.3V下循環4.4次後的SEM圖。 左側為低倍電子顯微鏡圖像，右側為高倍電子顯微鏡圖像。 從上圖可以看出，循環電池和非循環電池在顆粒形態和破損程度方面沒有顯著差異。

(2) XRD圖像

從上圖可以看出，五個峰在形狀和位置上沒有明顯的區別。

(3)晶格參數的變化

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從表中可以看出，有以下幾點：

1、未循環極板晶格常數與NCM811活性粉一致。 循環截止電壓為4.1V時，晶格常數與前兩者差別不大，C軸略有增加。 4.2V、4.3V和4.4V的C軸晶格常數與4.1V（0.004 angms）的晶格常數沒有顯著差異，而A軸上的數據則大不相同。

2. XNUMX組Ni含量無明顯變化。

3. 4.1°循環電壓為44.5V的極板表現出較大的FWHM，而其他對照組表現出相似的FWHM。

在電池的充放電過程中，C軸有較大的收縮和膨脹。 高電壓下電池循環壽命的減少不是由於生物結構的變化。 因此，以上三點驗證了結構變化並不是電池循環壽命下降的主要原因。

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二、NCM811電池的循環壽命與電池​​中的寄生反應有關

NCM811 和石墨使用不同的電解質製成柔性電池組。 相比之下，兩組電解液中分別加入2%VC和PES211，在電池循環後，兩組的容量維持率表現出較大差異。

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根據上圖，2%VC電池的截止電壓為4.1V、4.2V、4.3V、4.4V時，電池70次循環後的容量維持率分別為98%、98%、91 % 和 88%，分別。 僅40次循環後，添加PES211的電池容量維持率下降到91%、82%、82%、74%。 重要的是，在之前的實驗中，使用 PES424 的 NCM111/ 石墨和 NCM211/ 石墨系統的電池循環壽命優於使用 2% VC 的電池循環壽命。 這導致假設電解質添加劑對高鎳系統中的電池壽命有重大影響。

從以上數據也可以看出，高壓下的循環壽命比低壓下的循環壽命差很多。 通過極化、△V和循環次數的擬合函數，可以得到下圖：

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可以看出，電池在低截止電壓下循環時△V很小，但當電壓升至4.3V以上時，△V急劇增加，電池極化增大，極大地影響了電池壽命。 從圖中還可以看出，VC和PES211的△V變化率不同，這進一步驗證了不同電解液添加劑的電池極化程度和速度不同。

採用等溫微量熱法分析電池的寄生反應概率。 提取極化、熵、寄生熱流等參數與rSOC建立函數關係，如下圖所示：

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高於 4.2V，寄生熱流突然增加，因為高度脫鋰的陽極表面在高電壓下很容易與電解液發生反應。 這也解釋了為什麼充放電電壓越高，電池維護率下降得越快。

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三. NCM811 安全性差

在環境溫度升高的條件下，NCM811在與電解液充電狀態下的反應活性遠大於NCM111。 因此，使用NCM811生產的電池很難通過國家強制性認證。

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該圖是NCM811和NCM111在70℃和350℃之間的自熱率曲線圖。 圖中顯示NCM811在105℃左右開始升溫，而NCM111直到200℃才開始升溫。 NCM811從1℃的升溫速度為200℃/min，而NCM111的升溫速度為0.05℃/min，這意味著NCM811/石墨系統很難獲得強制性安全認證。

高鎳活性物質必將成為未來高能量密度電池的主要材料。 如何解決NCM811電池壽命快速衰減的問題？ 首先，對 NCM811 的顆粒表面進行了修飾以提高其性能。 二是使用可以減少兩者寄生反應的電解液，從而提高其循環壽命和安全性。 圖片

長按識別二維碼，加鋰π！

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