Поглиблений аналіз причин деградації тривалості роботи акумулятора NCM811

Нікель-кобальт-манганцевий тернарний матеріал є одним з основних матеріалів струму батарей. Три елементи мають різне значення для катодних матеріалів. Серед них нікель полягає в збільшенні ємності акумулятора. Чим вище вміст нікелю, тим більше специфічна ємність матеріалу. Специфічна потужність NCM811 може досягати 200mAh/g, платформа розряду становить близько 3,8В, і вона може бути зроблена в батареї з високою щільністю енергії. Однак, проблема з NCM811 батареї є те, що вона має погану безпеку і швидкий цикл життя розпаду. Які причини впливають на його життя та безпеку циклу? Як вирішити цю проблему? Ось поглиблений аналіз:

Зробіть NCM811 в кнопку акумулятора (NCM811/Li) і м'який акумулятор (NCM811/graphite) і перевірте його грам ємність і повну ємність акумулятора відповідно. Розділіть батареї м'якої упаковки на 4 групи для експериментів з одним фактором, змінною параметра є відсікання напруги, а її значення 4,1В, 4,2В, 4.3V, 4.4V. Спочатку акумулятор був циклічно двічі зі швидкістю 0,05С, а потім циклічно з швидкістю 0,2С. Після 200 циклів, цикл кривої батареї м'якої батареї показано на малюнку нижче:

Видно з малюнка, що за умови більш високої відсіку напруги, грам ємність активної речовини і ємність акумулятора обидва високі, але грам ємність акумулятора і матеріал розпадається швидше. Навпаки, при нижній відсік напруги (нижче 4,2 В), ємність акумулятора повільно розпадається, а термін служби циклу довше.

Цей експеримент використовує ізотермічну технологію калорій для вивчення паразитарних реакцій, а також використовує in-situ і ex-situ XRD і SEM для вивчення структурної та морфологічної деградації катодних матеріалів під час велоспорту. висновок, як показано нижче:

1. Структурні зміни не є основною причиною для активації терміну служби циклу акумулятора

Результати даних ex-situ XRD і SEM показують, що незакриті частини полюса батареї і батареї з відсікаючими напругами 4,1В, 4.2V, 4.3V і 4.4V відповідно, після циклу на 0,2С протягом 200 разів, морфологія частинок і атомна немає очевидної різниці в структурі. Тому швидка структурна зміна активного матеріалу під час заряджання і розряду не є основною причиною деградації терміну служби циклу акумулятора. Навпаки, паразитарна реакція між електролітом і інтерфейсом високоактивних активних частинок матеріалу в стані дезауму є основною причиною скороченого терміну служби акумулятора під циклом високої напруги 4,2В.

(1) SEM

a1 і a2 є SEM фотографії батареї без велоспорту. b~e - це зображення SEM позитивного активного матеріалу після циклу 200 за умови 0,5С, а напруга відрізка заряду — 4,1В/4,2В/4,3В/4,4V. Ліва сторона знаходиться на низькому збільшенні, а права сторона є високим збільшенням. Завантажте електронний мікроскоп зображення. З наведеного вище показника видно, що немає значної різниці в морфології частинок і ступеня фрагментації між переробленим акумулятором і незакритою батареєю.

(2) XRD

Як видно з наведеної вище фігури, немає очевидної різниці між п'ятьма з точки зору пікової форми і положення.

(3) Зміни параметрів решітки

Як видно з таблиці, наступні пункти:

1). Решітка константа не циркулюючого полюса шматок узгоджується з тим, що nCM811 активний матеріал порошку. Коли цикл відсікання напруги 4.1V, її решітка константа також не відходить від колишніх двох, а вісь c має невелике збільшення. Дивлячись на решітки c-осі констант з циклом відсікати напруги 4,2В, 4,3В і 4,4В, немає значної різниці від 4,1В (різниця 0,004 ангстромів), а дані на осі досить різні.

2). Не було значних змін у змісті Ni в п'яти групах порівняльних тестів.

3). Полюс шматок з велосипедної напруги 4,1В на 44,5° експонатів більше FWHM, в той час як інші групи порівняння ближче.

Під час зарядки та розрядки батареї вісь c показала велике скорочення і розширення. При високій напругі зниження термін служби циклу акумулятора не пов'язане зі зміною структури живого матеріалу. Таким чином, вище три точки переконайтеся, що структурні зміни не є основною причиною для деградації терміну служби циклу акумулятора.

2. Термін служби циклу акумулятора NCM811 пов'язаний з паразитарною реакцією в акумуляторі

NCM811 і графіт виготовляються в батареї м'яких пакетів, і вони використовують різні електроліти. Дві групи порівняльних експериментальних електролітів акумулятора були додані з 2% ВК і PES211, але швидкість обслуговування ємності акумулятора після їзди на велосипеді показала велику різницю.

Як видно з наведеного вище показника, коли відсікаюва напруга акумулятора з 2% ВК становить 4,1В, 4,2В, 4,3В, 4,4В, швидкість утримання потужності акумулятора після 70 циклів становить 98%, 98%, 91%, 88%, відповідно . У батареї з ДОДАНОЮ PES211 швидкість утримання потужності знизилася до 91%, 82%, 82%, 74% після всього 40 циклів. Важливо те, що в попередньому експерименті життя циклу NCM424/graphite і NCM111/graphite систем з PES211 було краще, ніж з 2% ВК. Це призводить до гіпотези, що у високих нікельних матеріальних системах електролітні добавки мають великий вплив на термін служби батареї.

Також можна побачити з наведених вище даних, що термін служби циклу під високою напругою набагато гірше, ніж під низькою напругою. При установці функцій поляризації, △V і кількості циклів виходить наступна цифра:

Видно, що ΔV акумулятора невеликий, коли акумулятор циклічно переходить на низьку відрізану напругу, і коли напруга піднімається вище 4,3В, ΔV різко піднімається і поляризації батареї збільшується, що значно впливає на термін служби акумулятора. Також можна побачити з цифри, що швидкість зміни ΔV VC і PES211 відрізняються, що ще більше підтверджує, що електролітні добавки різні, а ступінь поляризації і швидкості батареї також відрізняються.

Використовуйте ізотермальний метод мікрокалоріметрії для аналізу ймовірності паразитарної реакції акумулятора, і зробити функціональний зв'язок з RSOC шляхом вилучення таких параметрів, як поляризація, ентропія і паразитарний потік тепла, як показано на рисунку нижче:

На малюнку показано, що вище напруги 4,2В раптово піднімається паразитарний тепловий потік. Це тому, що поверхня позитивного електроду, яка сильно освітлена під високою напругою, дуже легко реагує з електролітом. Це також пояснює, чому чим вище напруга заряду розряду, тим швидше швидкість утримання заряду акумулятора падає.

3. NCM811 має погану безпеку

За умови безперервного підвищення температури навколишнього середовища, активність NCM811, що реагує з електролітом в зарядженому стані, набагато більше, ніж активність NCM111, що реагує з електролітом. Таким чином, це важче для батарей, зроблених NCM811 пройти національну обов'язкову сертифікацію.

Цей показник є графіком самонапоївки NCM811 і NCM111 між 70 °C і 350°C. На малюнку показано, що при температурі близько 105°C NCM811 почав генерувати тепло, але NCM111 ще не почав генерувати тепло до 200°C. NCM811 починається з 200 °C і має швидкість нагріву 1°C/хв, в той час як NCM111 ще 0.05°C/хв. Це також означає, що для NCM811/графітові батареї важко пройти обов'язкову сертифікацію безпеки.

Високий нікель активний матеріал неминуче буде основним матеріалом для батарей високої щільності енергії в майбутньому. Як вирішити проблему швидкого розпаду NCM811 батареї? Одним з них є підвищення продуктивності NCM811 шляхом зміни поверхні частинок. По-друге, використовувати електроліт, який може зменшити паразитарну реакцію між ними, тим самим покращуючи його життєвий цикл і безпеку.