Vật liệu bậc ba niken-coban-mangan là một trong những vật liệu chính của pin nguồn hiện nay. Ba nguyên tố có ý nghĩa khác nhau đối với vật liệu làm catốt, trong đó nguyên tố niken là để cải thiện dung lượng của pin. Hàm lượng niken càng cao thì khả năng riêng của vật liệu càng cao. NCM811 có dung lượng cụ thể là 200mAh / g và nền tảng phóng điện khoảng 3.8V, có thể được chế tạo thành pin mật độ năng lượng cao. Tuy nhiên, vấn đề của pin NCM811 là độ an toàn kém và tuổi thọ của chu kỳ nhanh bị suy giảm. Những lý do ảnh hưởng đến vòng đời và độ an toàn của nó là gì? Làm thế nào để giải quyết vấn đề này? Sau đây là phân tích chuyên sâu:

NCM811 được sản xuất thành pin nút (NCM811 / Li) và pin linh hoạt (NCM811 / graphite), và dung lượng gam và dung lượng pin đầy của nó đã được thử nghiệm tương ứng. Pin gói mềm được chia thành bốn nhóm cho thí nghiệm nhân tố đơn lẻ. Biến thông số là điện áp cắt, lần lượt là 4.1V, 4.2V, 4.3V và 4.4V. Đầu tiên, pin được chạy theo chu kỳ hai lần ở 0.05c và sau đó ở 0.2C ở 30 ℃. Sau 200 chu kỳ, đường cong chu kỳ của bộ pin mềm được thể hiện trong hình bên dưới:

Qua hình vẽ có thể thấy rằng trong điều kiện điện áp cắt cao, dung lượng gam của vật chất và pin đều cao, nhưng gam của pin và vật liệu cũng phân rã nhanh hơn. Ngược lại, ở điện áp cắt thấp hơn (dưới 4.2V), dung lượng pin suy giảm chậm và tuổi thọ chu kỳ dài hơn.

Trong thí nghiệm này, phản ứng ký sinh đã được nghiên cứu bằng phương pháp đo nhiệt lượng đẳng nhiệt và sự suy giảm cấu trúc và hình thái của vật liệu catốt trong quá trình chu trình đã được nghiên cứu bằng XRD và SEM. Kết luận như sau:

Bức tranh

Thứ nhất, thay đổi cấu trúc không phải là nguyên nhân chính khiến tuổi thọ của pin bị suy giảm

Kết quả XRD và SEM cho thấy không có sự khác biệt rõ ràng về hình thái hạt và cấu trúc nguyên tử của pin với điện cực và điện áp cắt 4.1V, 4.2V, 4.3V và 4.4V sau 200 chu kỳ ở 0.2c. Do đó, sự thay đổi cấu trúc nhanh chóng của vật chất sống trong quá trình sạc và xả không phải là nguyên nhân chính làm giảm tuổi thọ chu kỳ pin. Thay vào đó, các phản ứng ký sinh tại mặt phân cách giữa chất điện phân và các phần tử phản ứng cao của vật chất sống ở trạng thái delithium là nguyên nhân chính làm giảm tuổi thọ pin ở chu kỳ điện áp cao 4.2V.

(1) SEM

Bức tranh

Bức tranh

A1 và A2 là ảnh SEM của pin không lưu thông. B ~ E là ảnh SEM của vật liệu sống có điện cực dương sau 200 vòng ở điều kiện 0.5C và điện áp cắt của sạc lần lượt là 4.1V / 4.2V / 4.3V / 4.4V. Mặt trái là hình ảnh kính hiển vi điện tử dưới độ phóng đại thấp và mặt phải là hình ảnh kính hiển vi điện tử dưới độ phóng đại cao. Như hình trên có thể thấy, không có sự khác biệt đáng kể về hình thái hạt và mức độ vỡ giữa pin tuần hoàn và pin không tuần hoàn.

(2) Hình ảnh XRD

Như hình trên có thể thấy, không có sự khác biệt rõ ràng giữa năm đỉnh về hình dạng và vị trí.

(3) Thay đổi các thông số mạng tinh thể

Bức tranh

Như có thể thấy từ bảng, các điểm sau:

1. Hằng số mạng của các tấm cực không có vòng quay phù hợp với hằng số mạng của bột sống NCM811. Khi hiệu điện thế cắt chu kỳ là 4.1V, hằng số mạng chênh lệch không đáng kể so với trước đó và trục C tăng lên một chút. Các hằng số mạng của trục C với 4.2V, 4.3V và 4.4V không khác biệt đáng kể so với 4.1V (0.004 góc), trong khi dữ liệu trên trục A lại khá khác biệt.

2. Không có sự thay đổi đáng kể về hàm lượng Ni trong năm nhóm.

3. Các tấm cực có điện áp tuần hoàn 4.1V ở 44.5 ° thể hiện FWHM lớn, trong khi các nhóm đối chứng khác có FWHM tương tự.

Trong quá trình nạp và phóng của acquy, trục C có độ co và giãn lớn. Việc giảm tuổi thọ chu kỳ pin ở điện áp cao không phải do thay đổi cấu trúc vật chất sống. Do đó, ba điểm trên xác minh rằng thay đổi cấu trúc không phải là nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm tuổi thọ của chu kỳ pin.

Bức tranh

Thứ hai, vòng đời của pin NCM811 liên quan đến phản ứng ký sinh trong pin

NCM811 và than chì được tạo thành các tế bào dạng gói linh hoạt bằng cách sử dụng các chất điện phân khác nhau. Ngược lại, 2% VC và PES211 lần lượt được thêm vào chất điện phân của hai nhóm và tỷ lệ duy trì dung lượng của hai nhóm cho thấy sự khác biệt lớn sau chu kỳ pin.

Bức tranh

Theo hình trên, khi điện áp cắt của pin có 2% VC là 4.1V, 4.2V, 4.3V và 4.4V, tỷ lệ duy trì dung lượng của pin sau 70 chu kỳ là 98%, 98%, 91 % và 88%, tương ứng. Chỉ sau 40 chu kỳ, tỷ lệ duy trì dung lượng của pin có thêm PES211 giảm xuống còn 91%, 82%, 82%, 74%. Điều quan trọng, trong các thử nghiệm trước đây, tuổi thọ chu kỳ pin của hệ thống NCM424 / graphite và NCM111 / graphite với PES211 tốt hơn với 2% VC. Điều này dẫn đến giả định rằng các chất phụ gia điện phân có tác động đáng kể đến tuổi thọ của pin trong các hệ thống có hàm lượng niken cao.

Từ dữ liệu trên cũng có thể thấy rằng vòng đời của chu kỳ dưới điện áp cao kém hơn nhiều so với ở điện áp thấp. Thông qua hàm phù hợp của phân cực, △ V và thời gian chu kỳ, có thể thu được hình sau:

Bức tranh

Có thể thấy rằng △ V của pin nhỏ khi đạp xe ở điện áp cắt thấp, nhưng khi điện áp tăng trên 4.3V, △ V tăng mạnh và độ phân cực của pin tăng lên, ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của pin. Từ hình vẽ cũng có thể thấy rằng tốc độ thay đổi △ V của VC và PES211 là khác nhau, điều này càng xác minh rằng mức độ và tốc độ phân cực của pin là khác nhau với các chất phụ gia điện phân khác nhau.

Phép đo vi nhiệt lượng đẳng nhiệt được sử dụng để phân tích xác suất phản ứng ký sinh của pin. Các thông số như phân cực, entropi và dòng nhiệt ký sinh đã được trích xuất để tạo mối quan hệ chức năng với rSOC, như thể hiện trong hình bên dưới:

Bức tranh

Trên 4.2V, dòng nhiệt ký sinh được cho thấy tăng đột ngột, bởi vì bề mặt cực dương có nhiều delithium dễ phản ứng với chất điện phân ở điện áp cao. Điều này cũng giải thích tại sao điện áp sạc và xả càng cao thì tốc độ duy trì pin càng giảm nhanh.

Bức tranh

Iii. NCM811 có bảo mật kém

Trong điều kiện tăng nhiệt độ môi trường, hoạt độ phản ứng của NCM811 ở trạng thái sạc với chất điện phân lớn hơn nhiều so với NCM111. Vì vậy, việc sử dụng NCM811 sản xuất pin khó có thể vượt qua chứng nhận bắt buộc quốc gia.

Bức tranh

Hình này là biểu đồ về tỷ lệ tự gia nhiệt của NCM811 và NCM111 trong khoảng từ 70 ℃ đến 350 ℃. Hình cho thấy NCM811 bắt đầu nóng lên ở khoảng 105 ℃, trong khi NCM111 thì không đến 200 ℃. NCM811 có tốc độ gia nhiệt 1 ℃ / phút từ 200 ℃, trong khi NCM111 có tốc độ gia nhiệt 0.05 ℃ / phút, có nghĩa là hệ thống NCM811 / graphite khó đạt được chứng nhận an toàn bắt buộc.

Vật chất sống có hàm lượng niken cao nhất định sẽ là vật liệu chính của pin mật độ năng lượng cao trong tương lai. Làm thế nào để giải quyết vấn đề giảm tuổi thọ pin NCM811 nhanh chóng? Đầu tiên, bề mặt hạt của NCM811 đã được sửa đổi để cải thiện hiệu suất của nó. Thứ hai là sử dụng chất điện phân có thể làm giảm phản ứng ký sinh của cả hai, để cải thiện tuổi thọ và độ an toàn của chu kỳ. Bức tranh

Nhấn và giữ để xác định mã QR, thêm lithium π!

Chào mừng bạn đến chia sẻ!