Perusteellinen analyysi NCM811:n akun hajoamisen syistä

Nikkelikoboltti-mangaaniternary materiaali on yksi tärkeimmistä materiaaleista virta-akkuja. Kolmella elementillä on erilaiset merkitykset katodimateriaaleille. Niistä nikkeli on lisätä akun kapasiteettia. Mitä suurempi nikkelipitoisuus on, sitä suurempi on materiaalin ominaiskapasiteetti. Erityinen kapasiteetti NCM811 voi saavuttaa 200mAh / g, vastuuvapauden alusta on noin 3.8V, ja se voidaan tehdä akku, jolla on suuri energiatiheys. Kuitenkin ongelma NCM811 akku on, että se on huono turvallisuus ja nopea elinkaaren rappeutuminen. Mitkä ovat syyt, jotka vaikuttavat sen elinkaareen ja turvallisuuteen? Miten ratkaista tämä ongelma? Tässä on perusteellinen analyysi:

Tee NCM811 osaksi painiketta akku (NCM811/Li) ja pehmeän akun (NCM811/grafiitti), ja testata sen gramma kapasiteetti ja täysi akun kapasiteetti vastaavasti. Jaa pehmeät akut 4 ryhmään yksitekijä kokeita varten, parametrimuuttuja on katkaisujännite ja sen arvot ovat 4.1V, 4.2V, 4.3V, 4.4V. Ensinnäkin akkua pyörättiin kahdesti nopeudella 0,05 C ja sitten 30 °C:ssa nopeudella 0,2 C. 200 syklin jälkeen pehmeän akun syklikäyrä näkyy alla olevassa kuvassa:

Kuvasta käy ilmi, että korkeamman katkaisujännitteen varassa aktiivisen aineen grammakapasiteetti ja akun kapasiteetti ovat molemmat suuria, mutta akun gramma ja materiaali hajoavat nopeammin. Päinvastoin, pienemmällä katkaisujännitteellä (alle 4,2 V), akun kapasiteetti hajoaa hitaasti ja syklin käyttöikä on pidempi.

Tässä kokeessa käytetään isothermaalista kalorimetriateknologiaa loisreaktioiden tutkimiseen ja käytetään in situ- ja ex-situ XRD- ja SEM-tutkimuksia katodimateriaalien rakenteellisen ja morfologisen hajoamisen tutkimiseen pyöräilyn aikana. seuraavasti:

1. Rakenteelliset muutokset eivät ole tärkein syy akun elinkaaren keston vaimennuson

Ex-situ XRD- ja SEM-tietojen tulokset osoittavat, että pyörittämättömät akkupylväät ja akku, jonka katkaisujännitteet ovat 4,1 V, 4,2 V, 4,3 V ja SEM, sen jälkeen kun ne on pyöräilin 0,2C:ssä 200 kertaa, hiukkasmorfologiassa ja atomissa ei ole selvää eroa rakenteessa. Siksi aktiivisen materiaalin nopea rakenteellinen muutos latauksen ja purkauksen aikana ei ole tärkein syy akun käyttöiän heikkenemiseen. Päinvastoin, loisreaktio elektrolyytti ja rajapinta erittäin aktiivinen materiaali hiukkasia delithiation tilassa on tärkein syy lyhentää akun 4.2V suurjännitesyklin.

(1) SEM

a1 ja a2 ovat SEM kuvia akun ilman pyöräilyä. b ~ e ovat SEM kuvia positiivinen aktiivinen materiaali jälkeen 200 syklin aikana 0,5C ja lataus katkaisujännite on 4.1V/4.2V/4.3V/4.4V. Vasen puoli on pienellä suurennuksella ja oikealla puolella on suuri suurennus. Lataa elektronimikroskoopin kuva. Edellä olevasta luvusta käy ilmi, että hiukkasmorfologiassa ja kierrätetyn akun ja kierrättämättömän akun välisessä pirstoutuneessa asteessa ei ole merkittävää eroa.

(2) XRD

Kuten edellä olevasta luvusta ilmenee, viiden piikin muodon ja sijainnin välillä ei ole selvää eroa.

(3) Ristikkoparametrien muutokset

Kuten taulukosta käy ilmi, seuraavat seikat:

1). Kiertämättömän pylvään ristikkovakio on yhdenmukainen NCM811-aktiivisen materiaalijauheen ristikkovakion kanssa. Kun syklin katkaisujännite on 4.1V, sen ristikko vakio on myös erotettavissa entisestä kahdesta, ja c-akseli on pieni kasvu. Tarkasteltaessa c-akselin ristikko vakiot syklin katkaisujännitteet 4.2V, 4.3V, ja 4.4V, ei ole merkittävää eroa 4.1V (ero on 0.004 angstroms), kun taas tiedot-akseli on aivan erilainen.

2). Ni-pitoisuus ei muuttunut merkittävästi vertailutestien viidessä ryhmässä.

3). Napakappale, jonka pyöräilyjännite on 4,1 V 44,5° lämpötilassa, on suurempi FWHM, kun taas muut vertailuryhmät ovat lähempänä.

Akun lataus- ja purkuprosessin aikana c-akselilla oli suuri supistuminen ja laajennus. Korkeassa jännitteessä akun käyttöiän lasku ei johdu elävän materiaalin rakenteen muutoksista. Siksi edellä mainitut kolme pistettä tarkistaa, että rakenteelliset muutokset eivät ole tärkein syy heikkeneminen akun elinkaaren.

2. NCM811-akun käyttöikä liittyy akun loisreaktioon

NCM811 ja grafiitti on valmistettu pehmeiksi akuiksi, ja niissä käytetään erilaisia elektrolyyttejä. Kaksi ryhmää vertaileva kokeellinen akku elektrolyyttejä lisättiin 2% VC ja PES211, mutta akun kapasiteetin ylläpitonopeus pyöräilyn jälkeen osoitti suurta eroa.

Kuten edellä olevasta luvusta käy ilmi, kun akun katkaisujännite 2 % VC:llä on 4,1 V, 4,2 V, 4,3 V, 4.4V, akun kapasiteetin säilytysnopeus 70 syklin jälkeen on 98 %, 98 %, 91 %, 88 %, vastaavasti . Kun akku PES211 lisätty, kapasiteetin säilyttäminen määrä laski 91%, 82%, 82%, 74% jälkeen vain 40 sykliä. Tärkeintä on: Edellisessä kokeilussa NCM424/grafiitti- ja NCM111/grafiittijärjestelmien elinikä PES211:llä oli parempi kuin 2% VC. Tämä johtaa oletukseen, että korkeissa nikkelimateriaalijärjestelmissä elektrolyyttilisäaineilla on suuri vaikutus akun kestoon.

Edellä esitetyistä tiedoista voidaan myös nähdä, että korkean jännitteen syklin käyttöikä on paljon huonompi kuin pienjännite. Asentamalla toiminnot polarisaatioon, △V ja syklien lukumäärään saadaan seuraava kuva:

Voidaan nähdä, että akun ΔV on pieni, kun akkua pyöräilläan alhaisella katkaisujännitteellä ja kun jännite nousee yli 4,3 V:n, ΔV nousee jyrkästi ja akun polarisaatio kasvaa, mikä vaikuttaa suuresti akun kestoon. Luvusta voidaan myös nähdä, että VC: n ja PES211: n ΔV-muutosnopeudet ovat erilaiset, mikä edelleen tarkistaa, että elektrolyyttilisäaineet ovat erilaisia ja että myös akun polarisaarisuus ja nopeus ovat erilaiset.

Käytä isothermaalista mikrokateriamenetelmää akun loisreaktion todennäköisyyden analysointiin ja toiminnallisen suhteen tekemiseen rSOC:n kanssa poimimalla parametreja, kuten polarisaatiota, entropiaa ja loislämpövirtaa, kuten seuraavassa kuvassa:

Kuva osoittaa, että yli 4.2V jännite, loislämpövirta yhtäkkiä nousee. Tämä johtuu siitä, että positiivisen elektrodin pinta, joka on erittäin imustoitunut korkealla jännitteellä, on erittäin helppo reagoida elektrolyyttiin kanssa. Tämä selittää myös, miksi mitä suurempi latauspurkausjännite, sitä nopeammin akun kapasiteetin säilytysnopeus laskee.

3. NCM811 on huono turvallisuus

Kunnossa jatkuvasti nostaa ympäristön lämpötilaa, aktiivisuus NCM811 reagoi elektrolyytti ladattu tila on paljon suurempi kuin aktiivisuus NCM111 reagoi elektrolyytti. Siksi NCM811:n valmistamien paristojen on vaikeampi hyväksyä kansallista pakollista sertifiointia.

Tämä luku on kaavio NCM811: n ja NCM111:n itselämmitysnopeudesta 70°C–350°C. Luku osoittaa, että noin 105 °C:ssa NCM811 alkoi tuottaa lämpöä, mutta NCM111 ei ole vielä alkanut tuottaa lämpöä ennen kuin 200 °C. NCM811 alkaa 200 °C:sta ja sen lämmitysnopeus on 1°C/min, kun taas NCM111 on edelleen 0,05 °C/min. Tämä tarkoittaa myös sitä, että NCM811/grafiittiparistojen on vaikea siirtää pakollista turvallisuussertifiointia.

Korkea nikkeli aktiivinen materiaali on väistämättä tärkein materiaali korkean energian tiheys paristot tulevaisuudessa. Miten ratkaista ongelma nopea rappeutuminen NCM811 akun? Yksi on parantaa suorituskykyä NCM811 muuttamalla pintahiukkasia. Toinen on käyttää elektrolyyttiä, joka voi vähentää loisreaktiota näiden kahden välillä, mikä parantaa sen syklin käyttöikää ja turvallisuutta.