Analiżi fil-fond tal-kawżi tad-degradazzjoni tal-ħajja tal-batterija NCM811

Il-materjal ternarju tan-nikil-kobalt-manganiż huwa wieħed mill-materjali ewlenin tal-batteriji tal-enerġija kurrenti. It-tliet elementi għandhom tifsiriet differenti għal materjali tal-katodu. Fost dawn, in-nikil għandu jżid il-kapaċità tal-batterija. Iktar ma jkun għoli l-kontenut tan-nikil, iktar tkun kbira l-kapaċità speċifika tal-materjal. Il-kapaċità speċifika ta 'NCM811 tista' tilħaq 200mAh / g, il-pjattaforma ta 'skarika hija madwar 3.8V, u tista' ssir f'batterija b'densità għolja ta 'enerġija. Madankollu, il-problema bil-batterija NCM811 hija li għandha sigurtà fqira u ħajja mgħaġġla taċ-ċiklu tħassir. X'inhuma r-raġunijiet li jaffettwaw iċ-ċiklu tal-ħajja u s-sigurtà tiegħu? Kif issolvi din il-problema? Hawnhekk hawn analiżi fil-fond:

Agħmel NCM811 f'batterija buttuna (NCM811 / Li) u batterija soft pack (NCM811 / grafita), u ttestja l-kapaċità gramma tagħha u l-kapaċità sħiħa tal-batterija rispettivament. Aqsam il-batteriji tal-pakkett artab f'4 gruppi għal esperimenti b'fattur wieħed, il-varjabbli tal-parametru huwa l-vultaġġ cut-off, u l-valuri tiegħu huma 4.1V, 4.2V, 4.3V, 4.4V. L-ewwelnett, il-batterija ġiet iċċiklata darbtejn b'rata ta '0.05C, u mbagħad ċiklata f'30 ° C b'rata ta' 0.2C. Wara 200 ċiklu, il-kurva taċ-ċiklu tal-batterija tal-pakkett artab tidher fil-figura hawn taħt:

Jista 'jidher mill-figura li taħt il-kondizzjoni ta' vultaġġ ta 'qtugħ ogħla, il-kapaċità tal-gramma tal-materja attiva u l-kapaċità tal-batterija huma t-tnejn għoljin, iżda l-kapaċità tal-gramma tal-batterija u l-materjal titmermer aktar malajr. Għall-kuntrarju, b'vultaġġ ta 'qtugħ aktar baxx (taħt 4.2V), il-kapaċità tal-batterija tonqos bil-mod u l-ħajja taċ-ċiklu hija itwal.

Dan l-esperiment juża teknoloġija ta 'kalorimetrija isotermika biex jistudja reazzjonijiet parassitiċi, u juża XRD u SEM in situ u ex-situ biex jistudja d-degradazzjoni strutturali u morfoloġika ta' materjali tal-katodu waqt iċ-ċikliżmu. konklużjoni kif ġej:

1. Bidliet strutturali mhumiex ir-raġuni ewlenija għall-attenwazzjoni tal-ħajja taċ-ċiklu tal-batterija

Ir-riżultati tad-dejta ex-situ XRD u SEM juru li l-biċċiet tal-arblu tal-batterija mhux ċiklati u l-batterija b'vultaġġi cut-off ta '4.1V, 4.2V, 4.3V, u 4.4V rispettivament, wara li ġew ċiklati f'0.2C għal 200 darba, il-morfoloġija tal-partiċelli u atomika M'hemm l-ebda differenza ovvja fl-istruttura. Għalhekk, il-bidla strutturali mgħaġġla tal-materjal attiv waqt il-ħlas u l-iskarika mhix ir-raġuni ewlenija għad-degradazzjoni tal-ħajja taċ-ċiklu tal-batterija. Għall-kuntrarju, ir-reazzjoni parassita bejn l-elettrolit u l-interface tal-partiċelli ta 'materjal attiv attiv ħafna fl-istat ta' delithiation hija r-raġuni ewlenija għall-ħajja mqassra tal-batterija taħt iċ-ċiklu ta 'vultaġġ għoli 4.2V.

(1) SEM

a1 u a2 huma l-istampi SEM tal-batterija mingħajr ċikliżmu. b ~ e huma l-istampi SEM tal-materjal attiv pożittiv wara ċiklu ta '200 ċiklu taħt il-kondizzjoni ta' 0.5C u l-vultaġġ ta 'qtugħ taċ-ċarġ huwa 4.1V / 4.2V / 4.3V / 4.4V. In-naħa tax-xellug hija b'ingrandiment baxx u n-naħa tal-lemin hija ingrandiment għolja. Niżżel l-istampa tal-mikroskopju elettroniku. Jista 'jidher mill-figura t'hawn fuq li m'hemm l-ebda differenza sinifikanti fil-morfoloġija tal-partiċelli u l-grad ta' frammentazzjoni bejn il-batterija riċiklata u l-batterija mhux riċiklata.

(2) XRD

Kif jidher mill-figura ta 'hawn fuq, m'hemm l-ebda differenza ovvja bejn il-ħames f'termini ta' forma u pożizzjoni tal-quċċata.

(3) Bidliet fil-parametri tal-kannizzata

Kif jidher mit-tabella, il-punti li ġejjin:

1). Il-kostanti tal-kannizzata tal-biċċa arblu mhux ċirkolata hija konsistenti ma 'dik tat-trab tal-materjal attiv NCM811. Meta l-vultaġġ tal-qtugħ taċ-ċiklu jkun 4.1V, il-kostanti tal-kannizzata tagħha ma tkunx tista 'tingħaraf ukoll mit-tnejn ta' qabel, u l-assi-ċ ikollu żieda żgħira. Meta wieħed iħares lejn il-kostanti tal-kannizzata ta 'l-assi-c b'vultaġġi cut-off taċ-ċiklu ta' 4.2V, 4.3V, u 4.4V, m'hemm l-ebda differenza sinifikanti minn 4.1V (id-differenza hija 0.004 angstroms), filwaqt li d-data fuq l-assi-a hija pjuttost differenti.

2). Ma kien hemm l-ebda bidla sinifikanti fil-kontenut ta 'Ni fil-ħames gruppi ta' testijiet komparattivi.

3). Il-biċċa arblu b'vultaġġ taċ-ċikliżmu ta '4.1V f'44.5 ° turi FWHM akbar, filwaqt li l-gruppi l-oħra ta' paragun huma eqreb.

Matul il-proċess tal-iċċarġjar u l-ħatt tal-batterija, l-assi-ċ wera kontrazzjoni u espansjoni kbira. Taħt vultaġġ għoli, it-tnaqqis fil-ħajja taċ-ċiklu tal-batterija mhuwiex dovut għal bidliet fl-istruttura tal-materjal ħaj. Għalhekk, it-tliet punti ta 'hawn fuq jivverifikaw li l-bidliet strutturali mhumiex ir-raġuni ewlenija għad-degradazzjoni tal-ħajja taċ-ċiklu tal-batterija.

2. Il-ħajja taċ-ċiklu tal-batterija NCM811 hija relatata mar-reazzjoni parassita fil-batterija

NCM811 u grafita huma magħmula f'batteriji ta 'pakkett artab, u jużaw elettroliti differenti. Iż-żewġ gruppi ta 'elettroliti tal-batterija sperimentali komparattivi ġew miżjuda b'2% VC u PES211, iżda r-rata ta' manutenzjoni tal-kapaċità tal-batterija wara r-rota wriet differenza kbira.

Kif jidher mill-figura ta 'hawn fuq, meta l-vultaġġ tal-qtugħ tal-batterija b'2% VC huwa 4.1V, 4.2V, 4.3V, 4.4V, ir-rata ta' żamma tal-kapaċità tal-batterija wara 70 ċiklu hija 98%, 98 %, 91%, 88%, rispettivament. Fil-batterija b'PES211 miżjud, ir-rata ta 'żamma tal-kapaċità niżlet għal 91%, 82%, 82%, 74% wara 40 ċiklu biss. L-importanti huwa: Fl-esperiment ta 'qabel, il-ħajja taċ-ċiklu tas-sistemi NCM424 / grafita u NCM111 / grafita b'PES211 kienet aħjar minn dik bi 2% VC. Dan iwassal għall-ipoteżi li f'sistemi ta 'materjal ta' nikil għoli, l-addittivi ta 'l-elettroliti għandhom impatt kbir fuq il-ħajja tal-batterija.

Jista 'jidher ukoll mid-dejta ta' hawn fuq li l-ħajja taċ-ċiklu taħt vultaġġ għoli hija ħafna agħar minn dik taħt vultaġġ baxx. Bit-twaħħil tal-funzjonijiet għall-polarizzazzjoni, △ V u n-numru ta 'ċikli, tinkiseb il-figura li ġejja:

Jista 'jidher li l-ΔV tal-batterija huwa żgħir meta l-batterija hija ċiklata b'vultaġġ ta' qtugħ baxx, u meta l-vultaġġ jitla '' l fuq minn 4.3V, il-ΔV jogħla sew u l-polarizzazzjoni tal-batterija tiżdied, li taffettwa ħafna l-ħajja tal-batterija . Jista 'jidher ukoll mill-figura li r-rati ta' bidla ΔV ta 'VC u PES211 huma differenti, li tivverifika aktar li l-addittivi ta' l-elettroliti huma differenti, u l-grad ta 'polarizzazzjoni u veloċità tal-batterija huma wkoll differenti.

Uża l-metodu ta 'mikrokororimetrija isotermika biex tanalizza l-probabbiltà ta' reazzjoni parassita tal-batterija, u tagħmel relazzjoni funzjonali ma 'rSOC billi tiġbed parametri bħal polarizzazzjoni, entropija, u fluss tas-sħana parassita, kif muri fil-figura li ġejja:

Iċ-ċifra turi li 'l fuq mill-vultaġġ ta' 4.2V, il-fluss tas-sħana parassita jogħla f'daqqa. Dan minħabba li l-wiċċ ta 'l-elettrodu pożittiv, li huwa de-lithiated ħafna taħt vultaġġ għoli, huwa faċli ħafna biex tirreaġixxi ma' l-elettrolit. Dan jispjega wkoll għaliex iktar ma tkun għolja l-vultaġġ ta 'ċarġ-ħruġ, iktar tkun mgħaġġla r-rata ta' żamma tal-kapaċità tal-batterija.

3. NCM811 għandu sigurtà fqira

Taħt il-kundizzjoni li tiżdied kontinwament it-temperatura ambjentali, l-attività ta 'NCM811 li tirreaġixxi ma' l-elettrolit fl-istat iċċarġjat hija ferm akbar mill-attività ta 'NCM111 li tirreaġixxi ma' l-elettrolit. Għalhekk, huwa iktar diffiċli għal batteriji magħmula minn NCM811 li jgħaddu ċertifikazzjoni obbligatorja nazzjonali.

Din iċ-ċifra hija graff tar-rata ta 'tisħin minnha nnifisha ta' NCM811 u NCM111 bejn 70 ° C u 350 ° C. Iċ-ċifra turi li f'madwar 105 ° C, NCM811 beda jiġġenera s-sħana, iżda NCM111 għadu ma bediex jiġġenera sħana sa 200 ° C. NCM811 jibda f'200 ° C u għandu rata ta 'tisħin ta' 1 ° C / min, filwaqt li NCM111 għadu 0.05 ° C / min. Dan ifisser ukoll li huwa diffiċli għal batteriji NCM811 / grafita li jgħaddu ċertifikazzjoni ta 'sigurtà obbligatorja.

Materjal attiv ta 'nikil għoli inevitabbilment ikun il-materjal ewlieni għal batteriji ta' densità għolja ta 'enerġija fil-futur. Kif issolvi l-problema tat-tħassir rapidu tal-ħajja tal-batterija NCM811? Waħda hija li ttejjeb il-prestazzjoni ta 'NCM811 billi timmodifika l-wiċċ tal-partikoli. It-tieni huwa li tuża elettrolit li jista 'jnaqqas ir-reazzjoni parassita bejn it-tnejn, u b'hekk itejjeb il-ħajja taċ-ċiklu u s-sigurtà tiegħu.