Az NCM811 akkumulátor-üzemidejének romlásának okainak mélyreható elemzése

A nikkel-kobalt-mangán háromkomponensű anyag a jelenlegi akkumulátorok egyik fő anyaga. A három elemnek különböző jelentése van a katódanyagok esetében. Közülük a nikkel növeli az akkumulátor kapacitását. Minél nagyobb a nikkeltartalom, annál nagyobb az anyag fajlagos kapacitása. Az NCM811 fajlagos kapacitása elérheti a 200mAh / g-t, a kisütő platform kb. 3,8 V, és nagy energiasűrűségű akkumulátor lehet belőle. Az NCM811 akkumulátor problémája azonban az, hogy rossz a biztonsága és gyors az életciklusa. Melyek azok az okok, amelyek befolyásolják a ciklus életét és biztonságát? Hogyan lehet megoldani ezt a problémát? Itt van egy mélyreható elemzés:

Tegye az NCM811-et gomb-akkumulátorba (NCM811 / Li) és puha akkumulátor-akkumulátorba (NCM811 / grafit), és tesztelje annak gram- és teljes akkumulátor-kapacitását. Az egyfaktoros kísérletekhez ossza fel a lágy csomag elemeket 4 csoportra, a paraméterváltozó a határfeszültség, értéke 4,1 V, 4,2 V, 4,3 V, 4,4 V. Először az akkumulátort kétszer, 0,05 ° C-os sebességgel, majd 30 ° C-on 0,2 ° C-os sebességgel forgattuk. 200 ciklus után a lágy csomag akkumulátor ciklusgörbéjét az alábbi ábra mutatja:

Az ábrán látható, hogy nagyobb megszakítási feszültség mellett az aktív anyag grammkapacitása és az akkumulátor kapacitása egyaránt magas, de az akkumulátor és az anyag grammkapacitása gyorsabban bomlik. Éppen ellenkezőleg, alacsonyabb (4,2 V alatti) feszültség mellett az akkumulátor kapacitása lassan romlik, és a ciklus élettartama hosszabb.

Ez a kísérlet izotermikus kalorimetriás technológiát alkalmaz a parazita reakciók tanulmányozására, valamint in situ és ex situ XRD és SEM módszereket használ a katód anyagok szerkezeti és morfológiai lebomlásának tanulmányozására a kerékpározás során. következtetés az alábbiak szerint:

1. A szerkezeti változások nem az akkumulátor-ciklus élettartamának csökkenésének fő oka

Az ex-situ XRD és SEM adatok eredményei azt mutatják, hogy a ciklus nélküli akkumulátor pólus darabjai és az akkumulátor 4,1 V, 4,2 V, 4,3 V és 4,4 V szakadási feszültséggel rendelkeznek, miután 200-szor 0,2 ° C-os ciklusban működtek, a részecske morfológiája és atomja Nincs nyilvánvaló különbség a szerkezetben. Ezért az aktív anyag töltés és kisütés közbeni gyors szerkezeti változása nem az akkumulátor-ciklus élettartamának romlásának fő oka. Éppen ellenkezőleg, a parazita reakció az elektrolit és a nagymértékben aktív aktív anyag részecskék interfésze között a delitációs állapotban a fő oka annak, hogy az akkumulátor élettartama megrövidült a 4,2 V-os nagyfeszültségű ciklus alatt.

(1) SEM

az a1 és a2 az akkumulátor SEM képei kerékpározás nélkül. b ~ e a pozitív aktív anyag SEM képei egy 200 ciklusú ciklus után, 0,5 ° C-os körülmények között, és a töltés kikapcsolási feszültsége 4,1 V / 4,2 V / 4,3 V / 4,4 V. A bal oldal kis nagyítású, a jobb oldali nagy nagyítású. Töltse le az elektronmikroszkóp képét. A fenti ábrából látható, hogy az újrahasznosított akkumulátor és a körforgás nélküli elem között nincs lényeges különbség a részecske morfológiájában és a széttagoltság mértékében.

(2) XRD

Amint az a fenti ábrából látható, nincs nyilvánvaló különbség az öt között a csúcs alakját és helyzetét tekintve.

(3) A rácsparaméterek változásai

Amint az a táblázatból kiderül, a következő pontok:

1). A keringetlen pólusrács rácsállandója megegyezik az NCM811 aktív anyag poréval. Amikor a ciklus kikapcsolási feszültsége 4,1 V, akkor a rácsállandója sem különböztethető meg az előbbi kettőtől, és a c tengely kismértékben növekszik. Ha a c tengely rácsállandóit vizsgáljuk 4,2 V, 4,3 V és 4,4 V ciklusvágási feszültséggel, akkor nincs szignifikáns különbség a 4,1 V-tól (a különbség 0,004 angström), míg az a-tengelyre vonatkozó adatok Eléggé különböző.

2). Az összehasonlító tesztek öt csoportjában nem volt szignifikáns változás a Ni-tartalomban.

3). A 4,1 V kerékfeszültségű 44,5 ° -os feszültségű oszlopdarab nagyobb FWHM-t mutat, míg a többi összehasonlító csoport közelebb van.

Az akkumulátor töltési és kisütési folyamata során a c tengely nagy összehúzódást és tágulást mutatott. Nagyfeszültség alatt az akkumulátor-ciklus élettartamának csökkenése nem az élő anyag szerkezetének változásából adódik. Ezért a fenti három pont igazolja, hogy a szerkezeti változások nem az akkumulátor-ciklus élettartamának romlásának legfőbb okai.

2. Az NCM811 akkumulátor ciklusidője az akkumulátor parazita reakciójával függ össze

Az NCM811-ből és a grafitból lágy csomag akkumulátorok készülnek, és különböző elektrolitokat használnak. Az összehasonlító kísérleti akkumulátor-elektrolitok két csoportját 2% VC-vel és PES211-gyel adtuk hozzá, de az akkumulátor kapacitásának fenntartása a kerékpározás után nagy különbséget mutatott.

Amint az a fenti ábrából látható, amikor az akkumulátor 2% -os VC feszültsége 4,1 V, 4,2 V, 4,3 V, 4,4 V, az akkumulátor kapacitásmegtartási aránya 70 ciklus után 98%, 98 %, 91%, 88%. A PES211 hozzáadott akkumulátorban a kapacitás megtartási arány csak 40 ciklus után 91% -ra, 82% -ra, 82% -ra és 74% -ra csökkent. A fontos: Az előző kísérletben az NCM424 / grafit és az NCM111 / grafit rendszerek PES211-vel történő élettartama jobb volt, mint 2% -os VC-vel. Ez ahhoz a hipotézishez vezet, hogy a magas nikkel anyagú rendszerekben az elektrolit adalékok nagy hatással vannak az akkumulátor élettartamára.

A fenti adatokból is látható, hogy a ciklus élettartama nagy feszültség alatt sokkal rosszabb, mint alacsony feszültség alatt. A függvények polarizációhoz, △ V-hez és a ciklusok számához való illesztésével a következő ábrát kapjuk:

Látható, hogy az akkumulátor ΔV-je kicsi, ha az akkumulátort alacsony áramellátási feszültségen hajtják végre, és amikor a feszültség 4,3 V fölé emelkedik, akkor a ΔV élesen emelkedik, és az akkumulátor polarizációja növekszik, ami nagyban befolyásolja az akkumulátor élettartamát . Az ábrán is látható, hogy a VC és a PES211 ΔV változásának sebessége különbözik, ami tovább igazolja, hogy az elektrolit adalékok eltérőek, és az akkumulátor polarizációs foka és sebessége is különbözik.

Használja az izoterm mikrokalorimetriás módszert az elem parazita reakciójának valószínűségének elemzéséhez, és funkcionális kapcsolatot alakítson ki az rSOC-val az olyan paraméterek kinyerésével, mint a polarizáció, az entrópia és a parazita hőáramlás, amint azt a következő ábra mutatja:

Az ábra azt mutatja, hogy a 4,2 V feszültség felett a parazita hőáram hirtelen megemelkedik. Ennek oka, hogy a pozitív elektróda felületét, amely nagy feszültség alatt nagyon lítiummentes, nagyon könnyen reagál az elektrolittal. Ez magyarázza azt is, hogy minél nagyobb a töltés-kisütés feszültsége, annál gyorsabban csökken az akkumulátor kapacitásának megtartási aránya.

3. Az NCM811 gyenge biztonsággal rendelkezik

A környezeti hőmérséklet folyamatosan növekvő körülményei között az NCM811 aktivitása az elektrolittal töltött állapotban reagálva sokkal nagyobb, mint az elektrolittal reagáló NCM111 aktivitása. Ezért az NCM811 által gyártott akkumulátorok számára nehezebb átadni a nemzeti kötelező tanúsítványt.

Ez az ábra az NCM811 és az NCM111 önmelegedési sebességének grafikonja 70 ° C és 350 ° C között. Az ábra azt mutatja, hogy 105 ° C körüli hőmérsékleten az NCM811 elkezdett hőt termelni, de az NCM111 még csak 200 ° C-on kezdett hőt termelni. Az NCM811 200 ° C-on indul és fűtési sebessége 1 ° C / perc, míg az NCM111 még mindig 0,05 ° C / perc. Ez azt is jelenti, hogy az NCM811 / grafit akkumulátorok számára nehéz átadni a kötelező biztonsági tanúsítványt.

A nagy nikkel-aktív anyag elkerülhetetlenül a jövőben a nagy energiasűrűségű elemek fő anyaga lesz. Hogyan lehet megoldani az NCM811 akkumulátor élettartamának gyors bomlását? Az egyik az NCM811 teljesítményének javítása a részecskék felületének módosításával. A második egy olyan elektrolit használata, amely csökkentheti a kettő közötti parazita reakciót, ezáltal javítva annak ciklusidejét és biztonságát.