镍钴锰三元材料是目前动力电池的主要材料之一。 这三种元素对于正极材料有着不同的含义，其中镍元素是为了提高电池的容量。 镍含量越高，材料比容量越高。 NCM811的比容量为200mAh/g，放电平台约为3.8V，可制成高能量密度电池。 但是NCM811电池的问题是安全性差，循环寿命衰减快。 影响其循环寿命和安全性的原因有哪些？ 如何解决这个问题呢？ 以下是深入分析：

将NCM811制成纽扣电池（NCM811/Li）和软包电池（NCM811/石墨），分别测试克容量和全电池容量。 将软包电池分为四组进行单因素实验。 参数变量为截止电压，分别为4.1V、4.2V、4.3V和4.4V。 首先，电池在 0.05c 和 0.2C 在 30℃下循环两次。 200次循环后，软包电池循环曲线如下图所示：

从图中可以看出，在高截止电压条件下，生物体和电池的克容量都很高，但电池和材料的克容量也衰减得更快。 相反，在较低的截止电压（低于4.2V）下，电池容量下降缓慢，循环寿命更长。

本实验通过等温量热法研究了寄生反应，并通过XRD和SEM研究了正极材料在循环过程中的结构和形貌降解。 结论如下：

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一、结构变化不是电池循环寿命下降的主要原因

XRD和SEM结果表明，在4.1c下循环4.2次后，电极和截止电压为4.3V、4.4V、200V和0.2V的电池在颗粒形貌和原子结构方面没有明显差异。 因此，充放电过程中生命物质的快速结构变化并不是电池循环寿命下降的主要原因。 相反，电解质与脱锂状态下活性物质的高反应性颗粒之间界面处的寄生反应是 4.2V 高压循环下电池寿命缩短的主要原因。

(1) 扫描电镜

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A1和A2为无循环电池的SEM图像。 B~E分别为正极活性物质在200C条件下、充电截止电压0.5V/4.1V/4.2V/4.3V下循环4.4次后的SEM图。 左侧为低倍电子显微镜图像，右侧为高倍电子显微镜图像。 从上图可以看出，循环电池和非循环电池在颗粒形态和破损程度方面没有显着差异。

(2) XRD图像

从上图可以看出，五个峰在形状和位置上没有明显的区别。

(3)晶格参数的变化

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从表中可以看出，有以下几点：

1、未循环极板晶格常数与NCM811活性粉一致。 循环截止电压为4.1V时，晶格常数与前两者差别不大，C轴略有增加。 4.2V、4.3V和4.4V的C轴晶格常数与4.1V（0.004 angms）的晶格常数没有显着差异，而A轴上的数据则大不相同。

2. XNUMX组Ni含量无明显变化。

3. 4.1°循环电压为44.5V的极板表现出较大的FWHM，而其他对照组表现出相似的FWHM。

在电池的充放电过程中，C轴有较大的收缩和膨胀。 高电压下电池循环寿命的减少不是由于生物结构的变化。 因此，以上三点验证了结构变化并不是电池循环寿命下降的主要原因。

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二、NCM811电池的循环寿命与电池中的寄生反应有关

NCM811 和石墨使用不同的电解质制成柔性电池组。 相比之下，两组电解液中分别加入2%VC和PES211，在电池循环后，两组的容量维持率表现出较大差异。

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根据上图，2%VC电池的截止电压为4.1V、4.2V、4.3V、4.4V时，电池70次循环后的容量维持率分别为98%、98%、91 % 和 88%，分别。 仅40次循环后，添加PES211的电池容量维持率下降到91%、82%、82%、74%。 重要的是，在之前的实验中，使用 PES424 的 NCM111/ 石墨和 NCM211/ 石墨系统的电池循环寿命优于使用 2% VC 的电池循环寿命。 这导致假设电解质添加剂对高镍系统中的电池寿命有重大影响。

从以上数据也可以看出，高压下的循环寿命比低压下的循环寿命差很多。 通过极化、△V和循环次数的拟合函数，可以得到下图：

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可以看出，电池在低截止电压下循环时△V很小，但当电压升至4.3V以上时，△V急剧增加，电池极化增大，极大地影响了电池寿命。 从图中还可以看出，VC和PES211的△V变化率不同，这进一步验证了不同电解液添加剂的电池极化程度和速度不同。

采用等温微量热法分析电池的寄生反应概率。 提取极化、熵、寄生热流等参数与rSOC建立函数关系，如下图所示：

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高于 4.2V，寄生热流突然增加，因为高度脱锂的阳极表面在高电压下很容易与电解液发生反应。 这也解释了为什么充放电电压越高，电池维护率下降得越快。

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三. NCM811 安全性差

在环境温度升高的条件下，NCM811在与电解液充电状态下的反应活性远大于NCM111。 因此，使用NCM811生产的电池很难通过国家强制性认证。

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该图是NCM811和NCM111在70℃和350℃之间的自热率曲线图。 图中显示NCM811在105℃左右开始升温，而NCM111直到200℃才开始升温。 NCM811从1℃的升温速度为200℃/min，而NCM111的升温速度为0.05℃/min，这意味着NCM811/石墨系统很难获得强制性安全认证。

高镍活性物质必将成为未来高能量密度电池的主要材料。 如何解决NCM811电池寿命快速衰减的问题？ 首先，对 NCM811 的颗粒表面进行了修饰以提高其性能。 二是使用可以减少两者寄生反应的电解液，从而提高其循环寿命和安全性。 图片

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