NCM811 बैटरी जीवन क्षरण के कारणों का गहराई से विश्लेषण

निकल-कोबाल्ट-मैंगनीज टर्नरी सामग्री वर्तमान बिजली बैटरी के मुख्य सामग्रियों में से एक है। कैथोड सामग्री के लिए तीन तत्वों के अलग-अलग अर्थ हैं। उनमें से, बैटरी क्षमता बढ़ाने के लिए निकल है। निकल सामग्री जितनी अधिक होगी, सामग्री की विशिष्ट क्षमता उतनी ही अधिक होगी। NCM811 की विशिष्ट क्षमता 200mAh / g तक पहुंच सकती है, डिस्चार्ज प्लेटफॉर्म 3.8V के बारे में है, और इसे उच्च ऊर्जा घनत्व के साथ बैटरी में बनाया जा सकता है। हालांकि, NCM811 बैटरी के साथ समस्या यह है कि इसमें खराब सुरक्षा और तेजी से चक्र जीवन क्षय है। ऐसे कौन से कारण हैं जो इसके चक्र जीवन और सुरक्षा को प्रभावित करते हैं? इस समस्या को हल कैसे करें? यहाँ एक गहन विश्लेषण है:

NCM811 को बटन बैटरी (NCM811 / Li) और सॉफ्ट पैक बैटरी (NCM811 / ग्रेफाइट) में बनाएँ, और क्रमशः इसकी ग्राम क्षमता और पूर्ण बैटरी क्षमता का परीक्षण करें। एकल कारक प्रयोगों के लिए सॉफ्ट पैक बैटरी को 4 समूहों में विभाजित करें, पैरामीटर चर कट-ऑफ वोल्टेज है, और इसके मान 4.1V, 4.2V, 4.3V, 4.4V हैं। सबसे पहले, बैटरी को 0.05C की दर से दो बार साइकल किया गया, और फिर 0.2C की दर से 30 ° C पर साइकल किया गया। 200 चक्रों के बाद, सॉफ्ट पैक बैटरी का चक्र वक्र नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है:

यह आंकड़ा से देखा जा सकता है कि एक उच्च कट-ऑफ वोल्टेज की स्थिति के तहत, सक्रिय पदार्थ की ग्राम क्षमता और बैटरी की क्षमता दोनों उच्च हैं, लेकिन बैटरी और सामग्री की ग्राम क्षमता तेजी से घट जाती है। इसके विपरीत, कम कट-ऑफ वोल्टेज (4.2 वी से नीचे) में, बैटरी की क्षमता धीरे-धीरे कम हो जाती है और चक्र जीवन लंबा होता है।

यह प्रयोग परजीवी प्रतिक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए आइसोथर्मल कैलोरीमेट्री तकनीक का उपयोग करता है, और साइक्लिंग के दौरान कैथोड सामग्री के संरचनात्मक और रूपात्मक गिरावट का अध्ययन करने के लिए इन-सीटू और एक्स-सीटू एक्सआरडी और एसईएम का उपयोग करता है। नीचे के रूप में निष्कर्ष:

1. संरचनात्मक परिवर्तन बैटरी चक्र जीवन के क्षीणन का मुख्य कारण नहीं हैं

एक्स-सीटू एक्सआरडी और एसईएम डेटा के परिणाम बताते हैं कि अनियंत्रित बैटरी पोल के टुकड़े और बैटरी क्रमशः 4.1V, 4.2V, 4.3V और 4.4V के कट-ऑफ वोल्टेज के साथ, 200 बार के लिए 0.2C पर चक्रित होने के बाद, कण आकारिकी और परमाणु संरचना में कोई स्पष्ट अंतर नहीं है। इसलिए, चार्ज और डिस्चार्ज के दौरान सक्रिय सामग्री का तेजी से संरचनात्मक परिवर्तन बैटरी चक्र के जीवन में गिरावट का मुख्य कारण नहीं है। इसके विपरीत, इलेक्ट्रोलाइट के बीच परजीवी प्रतिक्रिया और विलंबित अवस्था में अत्यधिक सक्रिय सक्रिय कणों के कणों के इंटरफेस 4.2V उच्च वोल्टेज चक्र के तहत बैटरी के छोटे जीवन का मुख्य कारण है।

(१) एसईएम

a1 और a2 बिना साइकल की बैटरी के SEM चित्र हैं। b ~ e 0.5C की स्थिति के तहत 200 चक्र चक्र के बाद सकारात्मक सक्रिय सामग्री की SEM छवियां हैं और चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज 4.1V / 4.2V / 4.3V / 4.4V है। बाईं ओर कम आवर्धन है और दाईं ओर उच्च आवर्धन है। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप चित्र डाउनलोड करें। यह उपरोक्त आंकड़े से देखा जा सकता है कि पुनर्नवीनीकरण बैटरी और अनियोजित बैटरी के बीच कण आकारिकी और विखंडन की डिग्री में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं है।

(२) एक्सआरडी

जैसा कि ऊपर की आकृति से देखा जा सकता है, चोटी के आकार और स्थिति के मामले में पांच के बीच कोई स्पष्ट अंतर नहीं है।

(3) जाली मापदंडों में परिवर्तन

जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है, निम्नलिखित बिंदु:

1)। गैर-परिचालित पोल के टुकड़े की जाली निरंतर NCM811 सक्रिय सामग्री पाउडर के अनुरूप है। जब चक्र कट-ऑफ वोल्टेज 4.1V है, तो इसका जाली स्थिरांक भी पूर्व दो से अप्रभेद्य है, और सी-अक्ष में एक छोटी वृद्धि है। 4.2V, 4.3V और 4.4V के चक्र कट-ऑफ वोल्टेज वाले सी-अक्ष जालीदार स्थिरांक को देखते हुए, 4.1V से कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं है (अंतर 0.004 angstroms है), जबकि ए-अक्ष पर डेटा है बिल्कुल भिन्न।

2)। तुलनात्मक परीक्षणों के पांच समूहों में नी सामग्री में कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं हुआ।

3)। 44.5 ° पर 4.1V के साइकलिंग वोल्टेज के साथ पोल टुकड़ा एक बड़े FWHM को प्रदर्शित करता है, जबकि अन्य तुलना समूह करीब हैं।

बैटरी की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान, सी-अक्ष ने महान संकुचन और विस्तार दिखाया। उच्च वोल्टेज के तहत, बैटरी चक्र जीवन में कमी जीवित सामग्री की संरचना में परिवर्तन के कारण नहीं है। इसलिए, उपरोक्त तीन बिंदु यह सत्यापित करते हैं कि संरचनात्मक परिवर्तन बैटरी चक्र के जीवन में गिरावट का मुख्य कारण नहीं हैं।

2. NCM811 बैटरी का चक्र जीवन बैटरी में परजीवी प्रतिक्रिया से संबंधित है

NCM811 और ग्रेफाइट को सॉफ्ट पैक बैटरी में बनाया जाता है, और वे विभिन्न इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते हैं। तुलनात्मक प्रयोगात्मक बैटरी इलेक्ट्रोलाइट्स के दो समूहों को 2% वीसी और PES211 के साथ जोड़ा गया था, लेकिन साइकिल चलाने के बाद बैटरी की क्षमता रखरखाव दर में बड़ा अंतर दिखा।

जैसा कि उपरोक्त आंकड़े से देखा जा सकता है, जब 2% VC के साथ बैटरी का कट-ऑफ वोल्टेज 4.1V, 4.2V, 4.3V, 4.4V है, 70 चक्र के बाद बैटरी की क्षमता अवधारण दर 98%, 98 है %, 91%, 88%, क्रमशः। PES211 के साथ बैटरी में, क्षमता प्रतिधारण दर केवल 40 चक्रों के बाद 91%, 82%, 82%, 74% तक गिर गई। महत्वपूर्ण बात यह है: पिछले प्रयोग में, PES211 के साथ NCM424 / ग्रेफाइट और NCM111 / ग्रेफाइट सिस्टम का चक्र जीवन 2% VC के साथ बेहतर था। यह परिकल्पना की ओर जाता है कि उच्च निकल सामग्री प्रणालियों में, इलेक्ट्रोलाइट एडिटिव्स का बैटरी जीवन पर बहुत प्रभाव पड़ता है।

उपरोक्त आंकड़ों से यह भी देखा जा सकता है कि उच्च वोल्टेज के तहत चक्र का जीवन कम वोल्टेज के मुकाबले बहुत खराब है। ध्रुवीकरण के लिए फिटिंग कार्य करके, and V और चक्रों की संख्या, निम्नलिखित आंकड़ा प्राप्त किया जाता है:

यह देखा जा सकता है कि कम कट-ऑफ वोल्टेज पर बैटरी के साइकल में लगने पर बैटरी का ofV छोटा होता है, और जब वोल्टेज 4.3V से ऊपर उठता है, तो ΔV तेजी से बढ़ता है और बैटरी का ध्रुवीकरण बढ़ जाता है, जो बैटरी जीवन को बहुत प्रभावित करता है। । यह आंकड़ा से भी देखा जा सकता है कि वीसी और PES211 की ofV परिवर्तन दर अलग-अलग हैं, जो आगे सत्यापित करता है कि इलेक्ट्रोलाइट एडिटिव्स अलग हैं, और बैटरी के ध्रुवीकरण और गति की डिग्री भी अलग-अलग हैं।

बैटरी के परजीवी प्रतिक्रिया की संभावना का विश्लेषण करने के लिए आइसोथर्मल माइक्रोकालेरीमेट्री विधि का उपयोग करें, और ध्रुवीकरण, एन्ट्रापी और परजीवी गर्मी प्रवाह जैसे मापदंडों को निकालकर rSOC के साथ एक कार्यात्मक संबंध बनाएं, जैसा कि निम्नलिखित आकृति में दिखाया गया है।

आंकड़ा दर्शाता है कि 4.2V वोल्टेज के ऊपर, परजीवी गर्मी का प्रवाह अचानक बढ़ जाता है। इसका कारण यह है कि सकारात्मक इलेक्ट्रोड की सतह, जो उच्च वोल्टेज के तहत अत्यधिक डी-लिटीयेट है, इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करना बहुत आसान है। यह यह भी बताता है कि चार्ज-डिस्चार्ज वोल्टेज जितना अधिक क्यों होता है, बैटरी की क्षमता प्रतिधारण दर जितनी तेजी से गिरती है।

3. NCM811 में खराब सुरक्षा है

परिवेश के तापमान में लगातार वृद्धि की स्थिति के तहत, चार्ज किए गए राज्य में इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करने वाली NCM811 की गतिविधि इलेक्ट्रोलाइट के साथ NCM111 की गतिविधि की तुलना में कहीं अधिक है। इसलिए, राष्ट्रीय अनिवार्य प्रमाणीकरण पारित करने के लिए NCM811 द्वारा बनाई गई बैटरियों के लिए यह अधिक कठिन है।

यह आंकड़ा 70 ° C और 350 ° C के बीच NCM811 और NCM111 की स्व-हीटिंग दर का एक ग्राफ है। आंकड़ा बताता है कि लगभग 105 डिग्री सेल्सियस पर, NCM811 ने गर्मी उत्पन्न करना शुरू कर दिया था, लेकिन NCM111 ने अभी तक 200 ° C तक गर्मी उत्पन्न करना शुरू नहीं किया है। NCM811 200 ° C से शुरू होता है और इसकी हीटिंग दर 1 ° C / मिनट है, जबकि NCM111 अभी भी 0.05 ° C / मिनट है। इसका अर्थ यह भी है कि NCM811 / ग्रेफाइट बैटरी के लिए अनिवार्य सुरक्षा प्रमाणीकरण पास करना मुश्किल है।

उच्च निकल सक्रिय सामग्री भविष्य में उच्च ऊर्जा घनत्व बैटरी के लिए अनिवार्य रूप से मुख्य सामग्री होगी। NCM811 बैटरी जीवन के तेजी से क्षय की समस्या को कैसे हल करें? एक कणों की सतह को संशोधित करके NCM811 के प्रदर्शन में सुधार करना है। दूसरा एक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करना है जो दोनों के बीच परजीवी प्रतिक्रिया को कम कर सकता है, जिससे इसके चक्र जीवन और सुरक्षा में सुधार होगा।