В -место анализ изменения объема клеток NCM811 во время высокотемпературного циклирования

Поскольку содержание никеля в тройных материалах увеличивается, сохранение структурной стабильности становится серьезной проблемой. Во время цикла трехкомпонентная аккумуляторная батарея будет иметь определенную степень изменения объема, что в основном вызвано двумя причинами: одна из них - расширение структуры материала.^1-3, в том числе расширение деинтеркаляции графита лития и тройной материал H1/H2/H3 Расширение фазового перехода, трещины, вызванные напряжением, и т. д. Второй газ⁴&NBSP ;образуются в результате побочных реакций электролитов. Например, С₂ЧАС₄&NBSP ;и Н₂&NBSP ;генерируются в отрицательном электроде во время формирования пленки СЭИ , а O₂, СО и СО₂&NBSP ;генерируются во время тройного фазового перехода, как показано на рисунках 1 и 2. В этой статье используется монитор объема в -место для анализа изменений объема двух разных электролитных систем элементов системы NCM811 во время циклирования при высоких температурах, а также предлагается метод для НИОКР. для точной оценки эффективности электролита.

Рис. 1. Схематическая диаграмма потери емкости тройного материала Ли [НикскойМн _1-х-у]О₂¹

Рисунок 2. Кривая заряда и разряда NMC811 -графит и кривая производства газа OEMS &NBSP ;⁴

Экспериментальное оборудование и методы испытаний

1.Экспериментальное оборудование: Модель ГВМ2200 (технология ИЭСТ Юаньнэн ), диапазон температур испытаний составляет 20℃~85℃, поддерживается двухканальное (2 батареи) одновременное тестирование. Внешний вид оборудования показан на рисунке 3.

Рисунок 3. Внешний вид оборудования ГВМ2200

2. Метод тестирования

2.1 Температура испытания: 60 ℃

2.2 Процесс зарядки и разрядки: отдых 5 минут; от 0,5°C до 4,2 В, резюме до 0,025°C; отдых 5мин; 0,5C постоянного тока до 2,8 В.

2.3 Мониторинг объема на месте: сначала взвесьте ячейку m₀, поместите тестируемую ячейку в соответствующий канал устройства, запустите программное обеспечение MISG , установите соответствующий номер ячейки и параметр частоты дискретизации каждого канала, программное обеспечение автоматически считывает изменение громкости, тестовые данные, такие как температура, ток, напряжение и емкость.

Анализ в -место изменения объема высокотемпературного цикла клеток NCM811

Данные мониторинга объема цикла 60 ℃ двух групп пакетов NCM811 &NBSP ;клетка батареи показаны на рисунке 4. Сравнивая изменения объема, видно, что батареи группы В начинают аномально увеличиваться примерно после 5 циклов, в то время как объем батареида группы A увеличивается медленно, что показывает, что электролитная система, соответствующая элементам аккумуляторов группы B, склонна к побочным реакциям и газообразованию, что приводит к аномальному увеличению объема аккумуляторов.

Рис. 4. Кривая заряда и разряда аккумулятора NMC811 -графит и кривая изменения объема

Дальнейший анализ проводится по кривым заряда-разряда и изменения объема аккумуляторов группы В. Как показано на рисунке 5, соответствующие кривые изменения емкости и объема ячейки для различных циклов полной разрядки. Разрядная емкость начинает значительно снижаться на 4-м круге, а изменение объема ячейки значительно увеличивается с 4-го круга, что показывает, что увеличение объема ячейки связано со спадом емкости, что может быть связано с побочной реакцией, потребляющей активный литий. что приводит к снижению емкости, а образующийся в результате побочной реакции газ вызывает увеличение объема ячейки.

Рис. 5. Кривая изменения пропускной способности и объема при полном разряде с изменением цикла

Продолжайте анализировать кривые зарядки и разрядки и кривые изменения относительного объема первого и восьмого циклов батарей группы В. Как показано на рисунке 6, разница между кривыми зарядки и разрядки двух циклов не очевидна, но изменение объема является значительным. Восьмой цикл изменение объема элемента батареи в процессе разряда значительно больше, чем в первом цикле. Это связано с образованием газа, наложенным на изменение объема, вызванное структурным фазовым переходом, что приводит к увеличению общего объема элемента батареи.

Рис. 6. Кривые заряда, разряда и изменения объема первого и восьмого циклов аккумуляторов группы В

Проанализируйте кривую дифференциальной емкости ячеек группы B, как показано на рисунке 7 (a) и (b), 4 пика в процессе зарядки соответствуют⁴: пик1 - это С₆→LiCx , пик 2 – гексагональный 1→Моноклинный, пик 3 – моноклинный →Гексагональный 2, пик 4 – гексагональный 2→Гексагональный 3. По кривой изменения объема, соответствующей каждому пику, видно, что процесс интеркаляции литием графита приведет к значительному увеличению объема итизменение фазымежду H1/M/H2/H3 тройных материаловвремя приводит к уменьшению объема материала положительного электрода, тем самым замедляя увеличение объема всего элемента батареи. По мере увеличения цикла разрыв между кривыми изменения объема, соответствующими зарядке и разрядке, увеличивается, что также свидетельствует о постепенном увеличении необратимого расширения объема.

Рисунок 7(а) и (б). Дифференциальные кривые изменения емкости и объема первого и восьмого циклов клеток группы В

Краткое содержание

В этой статье для анализа изменений объема ячеек NCM811 /графита с двумя разными электролитными системами во время высокотемпературного циклирования используется регулируемый по температуре двухканальный монитор объема на месте, который позволяет интуитивно оценить газообразование двух электролитов. систем Кроме того, можно увидеть изменение объема, соответствующее фазовому изменению материала в процессе деинтеркалирования лития, что помогает разработчикам проводить глубокий анализ характеристик материала и электролита из механизма.

Справочные материалы

1.&NBSP ;Хун-Хи Рю, Кан-Джун Пак, Чон С. Юн и Ян-Гук Сон. Исчезновение емкости ни -Богатый Ли [НикскойМн1 −Икс−я₂&NBSP ;(0,6≤&NBSP ;Икс≤&NBSP ;0,95)Сатомы для высоких энергийПлотность&NBSP ;Литий-ионные батареи: деградация объема или поверхности.хим. Матер2018, 30, 1155−1163;

2.&NBSP ;Шияо Чжэн, Юн Ян и др.&NBSP ;Корреляция между дальнодействующими и локальными структурными изменениями в обогащенных никелем слоистых материалов в процессе заряда и разряда.J. Источники энергии.2019&NBSP ;412&NBSP ;336–343;

3.&NBSP ;Александр О. Кондраков и др. Анизотропная деформация решетки и механическая деградация высоко- и Катодные материалы НКМ с низким содержанием никеля для литий-ионных аккумуляторов.Дж. Физ. хим. С&NBSP ;2017, 121, 3286−3294

4.&NBSP ;Роланд Юнг и др. Выделение кислорода и его влияние на циклическую стабильность LiNixMnyCozO ₂(НМЦ ) Катодные материалы для литий-ионных аккумуляторов.Дж. Электрохим. соц.&NBSP ;2017, 164 А1361