NCM811 aku eluea lagunemise põhjuste põhjalik analüüs

Nikkel-koobalt-mangaani kolmekomponentne materjal on üks peamisi materjale praeguse patareid. Kolmel elemendil on katoodmaterjalide jaoks erinev tähendus. Nende hulgas nikkel on suurendada aku mahtuvus. Mida suurem on niklisisaldus, seda suurem on materjali erivõimsus. Konkreetne võimsus NCM811 võib ulatuda 200mAh / g, heakskiidu platvorm on umbes 3.8V, ja seda saab teha aku suure energiatihedusega. Kuid probleem NCM811 aku on see, et see on halb ohutus ja kiire tsükli eluiga lagunemine. Millised on põhjused, mis mõjutavad selle tsükli eluiga ja ohutust? Kuidas seda probleemi lahendada? Siin on põhjalik analüüs:

Tee NCM811 nupu aku (NCM811/Li) ja pehme aku aku (NCM811/grafiit) ja katsetada selle grammi mahtu ja täisaku mahtu. Jagage pehmete pakiakud ühetegurilisteks katseteks neljarühmalisteks, parameetri muutujaon katkestuspinge ja selle väärtused on 4.1V, 4.2V, 4.3V, 4.4V. Esiteks, aku oli tsüklikaks kaks korda kiirusega 0,05C, ja seejärel jalgrattaga 30 ° C kiirusega 0,2C. Pärast 200 tsüklit on pehme aku tsükli kõver näidatud alloleval joonisel:

Jooniselon näha, et suurema piirpinge tingimustes on toimeaine ja aku maht grammides kõrge, kuid aku ja materjali grammonimaht laguneb kiiremini. Vastupidi, madalamal väljalülituspingel (alla 4.2 V) aku töömaht laguneb aeglaselt ja tsükli eluiga on pikem.

Katses kasutatakse parasiitsete reaktsioonide uurimiseks isotermilist kalorimeetriat ning kasutab in situ ja ex situ XRD ja SEM-i, et uurida katoodmaterjalide struktuurilist ja morfoloogilist lagunemist jalgrattasõidu ajal. järgmised järeldused:

1. Konstruktsioonimuutused ei ole akutsükli tööea sumbumise peamine põhjus

Ex situ XRD ja SEM andmete tulemused näitavad, et välgatamata aku pole tükki ja aku, mille väljalülituspinge on vastavalt 4.1V, 4.2V, 4.3V ja 4.4V, pärast tsüklis 0.2C 200 korda, osakeste morfoloogia ja atomtomei ole ilmne erinevus struktuuris. Seetõttu ei ole aktiivse materjali kiire struktuurimuutus laadimise l ja tühjendamisel akutsükli eluea lagunemise peamine põhjus. Vastupidi, elektrolüüdi ja väga aktiivsete materjaliosakeste liidese vaheline parasiitreaktsioon delithiatsiooniolekus on peamine põhjus lühendatud aku elueal 4.2V kõrgepingetsükli jooksul.

(1) SEM

a1 ja a2 on SEM pilte aku ilma jalgrattaga. b~ e on positiivse aktiivse materjali SEM kujutised pärast 200 tsükli möödumist 0,5C seisundis ja laengu väljalülituspinge on 4,1V/4.2V/4.3V/4.4V. Vasak pool on madala suurendusega ja parem pool on suurendus. Laadige alla elektronmikroskoobi pilt. Eespool esitatud jooniselt võib näha, et ringlussevõetud aku ja jalgrattata aku vahel ei ole olulist erinevust osakeste morfoloogias ja killunemisastmes.

(2) XRD

Nagu ülaltoodud jooniselt näha, ei ole viie tippkuju ja asukoha vahel ilmset erinevust.

(3) Muutused võre parameetrites

Nagu tabelist näha, on järgmised punktid:

1). Mitteringleva pooluse võrekonstant on kooskõlas NCM811 aktiivse materjali pulbri ga. Kui tsükli katkestuspinge on 4.1V, on selle võrekonstant samuti eristada kahest esimesest ja c-telg on väikese kasvuga. Vaadates c-telje võre konstandid tsükli piirpinge4.2V, 4.3V ja 4.4V, ei ole olulist erinevust 4.1V (erinevus on 0,004 angstroms), samas kui andmed a-telg on üsna erinevad.

2). Viies võrdluskatsete rühmas ei toimunud olulist muutust Ni-sisus.

3). Pole tükk jalgrattaga pinge 4.1V 44.5° eksponeerib suurem FWHM, samas kui teised võrdlusrühmad on lähemal.

Aku laadimise ja tühjendamise ajal näitas c-telg suurt kokkutõmbumist ja laienemist. Kõrgepinge korral ei ole akutsükli eluea vähenemine tingitud elusmaterjali struktuuri muutustest. Seetõttu kontrollivad eespool nimetatud kolm punkti, et konstruktsioonimuutused ei ole akutsükli eluea halvenemise peamine põhjus.

2. NCM811 aku tsükli eluiga on seotud parasiitreaktsiooniga aku

NCM811 ja grafiit on valmistatud pehmeteks pakiakudeks ja nad kasutavad erinevaid elektrolüüte. Kaks rühma võrdleva eksperimentaalse aku elektrolüüdid lisati 2% VC ja PES211, kuid aku võimsus hooldusmäär pärast jalgrattaga näitas suurt erinevust.

Nagu nähtub ülaltoodud jooniselt, kui aku 2% VC-ga väljalülituspinge on vastavalt 4,1V, 4,2V, 4.3V, 4.4V, aku mahukuse määr pärast 70 tsüklit on vastavalt 98%, 98%, 88%. Lisatud PES211 aku võimsuse säilitamise määr langes 91%, 82%, 82%, 74% pärast ainult 40 tsüklit. Oluline on: Eelmises katses oli NCM424/grafiidi ja NCM111/grafiidisüsteemide tsükli eluiga PES211-ga parem kui 2% VC puhul. See viib hüpotees, et kõrge nikli materjali süsteemid, elektrolüütide lisandid on suur mõju aku eluiga.

Samuti võib näha eespool esitatud andmetest, et tsükli eluiga kõrge pinge all on palju hullem kui madalpingel. Polarisatsioonifunktsioonide, △V ja tsüklite arvu paigaldamisega saadakse järgmine arv:

On näha, et aku ΔV on väike, kui aku on tsüklis madala väljalülituspingega ja kui pinge tõuseb üle 4,3 V, tõuseb ΔV järsult ja aku polarisatsioon suureneb, mis mõjutab oluliselt aku tööiga. Samuti võib näha jooniselt, et VC ja PES211 ΔV muutused on erinevad, mis veelgi kinnitab, et elektrolüütide lisandid on erinevad ning aku polariseerumise aste ja kiirus on samuti erinevad.

Kasutage isotermilist mikrokalorimeetrilist meetodit, et analüüsida aku parasiitreaktsiooni tõenäosust, ja luua funktsionaalne seos rSOC-ga, eraldades selliseid parameetreid nagu polarisatsioon, entroopia ja parasiitsoojusvool, nagu on näidatud järgmisel joonisel:

Joonisel on näha, et üle 4.2V pinge tõuseb parasiitsoojusvool ootamatult. Seda seetõttu, et pind positiivne elektrood, mis on väga de-lithiated kõrge pinge all, on väga lihtne reageerida elektrolüüt. See selgitab ka seda, miks mida suurem on laetuse pinge, seda kiiremini aku mahutavuse määr langeb.

3. NCM811 on halb turvalisus

Ümbritseva õhu temperatuuri pideva tõstmise tingimustes on laetud oleku elektrolüüdiga reageeriva NCM811 aktiivsus palju suurem kui elektrolüüdiga reageeriva NCM111 aktiivsus. Seetõttu on NCM811 tehtud patareidel raskem läbida riiklikku kohustuslikku sertifitseerimist.

See arv on graafik NCM811 ja NCM111 isekuumenemise kiirusest vahemikus 70°C kuni 350 °C. Jooniselt nähtub, et umbes 105 °C juures hakkas NCM811 tootma soojust, kuid NCM111 ei ole veel alustanud soojuse tekitamist enne 200 °C. NCM811 algab 200 °C juures ja selle küttekiirus on 1 °C/min, samas kui NCM111 on endiselt 0,05 °C/min. See tähendab ka seda, et NCM811/grafiitpatareidel on raske läbida kohustuslikku ohutussertifikaati.

Kõrge nikliaktiivse materjali paratamatult on peamine materjal suure energiatihedusega patareid tulevikus. Kuidas lahendada probleemi kiire lagunemine NCM811 aku eluiga? Üks on parandada NCM811 jõudlust, muutes osakeste pinda. Teine on kasutada elektrolüüti, mis võib vähendada parasiitset reaktsiooni nende kahe vahel, parandades seeläbi selle tsükli eluiga ja ohutust.