Phân tích tại chỗ về sự thay đổi âm lượng của các tế bào NCM811 trong quá trình đạp xe ở nhiệt độ cao

Khi hàm lượng niken của vật liệu ternary tăng lên, làm thế nào để duy trì sự ổn định của cấu trúc là một thách thức lớn. Trong chu kỳ, tế bào pin hệ thống ternary sẽ có một mức độ thay đổi âm lượng nhất định, nguyên nhân chủ yếu là do hai lý do: một là sự mở rộng của cấu trúc vật liệu^1-3, bao gồm việc mở rộng quá trình khử xen kẽ than chì của lithium và vật liệu ternary H1 / H2 / H3 Mở rộng thay đổi pha, các vết nứt do ứng suất gây ra, v.v. Thứ hai là khí⁴ được tạo ra bởi các phản ứng phụ của chất điện phân. Ví dụ, C₂h₄ và H₂ được tạo ra trong điện cực âm trong quá trình hình thành màng SEI và O₂, CO và CO₂ được tạo ra trong quá trình thay đổi pha bậc ba, như thể hiện trong Hình 1 và Hình 2. Bài viết này sử dụng máy theo dõi thể tích tại chỗ để phân tích sự thay đổi thể tích của hai hệ thống điện phân khác nhau của các tế bào hệ thống NCM811 trong quá trình đạp xe ở nhiệt độ cao và cung cấp phương pháp cho Nghiên cứu & Phát triển để đánh giá chính xác hiệu suất điện phân.

Hình 1. Sơ đồ tổn thất công suất của vật liệu bậc ba Li[NixCoyMn_1−x−y]Ô₂¹

Hình 2. Đường cong nạp và xả NMC811-Graphite và đường cong sản xuất khí OEMS ⁴

Thiết bị thí nghiệm và phương pháp thử nghiệm

1.thiết bị thí nghiệm: Model GVM2200 (Công nghệ IEST Yuanneng), phạm vi nhiệt độ thử nghiệm là 20℃~85℃ và nó hỗ trợ thử nghiệm đồng thời hai kênh (2 pin). Sự xuất hiện của thiết bị được thể hiện trong Hình 3.

Hình 3. Hình thức bên ngoài của thiết bị GVM2200

2. Phương pháp kiểm tra

2.1 Nhiệt độ thử nghiệm: 60℃

2.2 Quá trình sạc và xả: Nghỉ 5 phút; 0,5C CC đến 4,2V, CV đến 0,025C; nghỉ 5 phút; 0,5C DC đến 2,8V.

2.3 Giám sát thể tích tại chỗ: Cân tế bào ban đầu m₀, đặt ô cần kiểm tra vào kênh tương ứng của thiết bị, khởi động phần mềm MISG, đặt tham số số ô và tần số lấy mẫu tương ứng của từng kênh, phần mềm sẽ tự động đọc thay đổi âm lượng, Dữ liệu kiểm tra như nhiệt độ, dòng điện, điện áp và năng lực.

Phân tích tại chỗ về thay đổi âm lượng chu kỳ nhiệt độ cao của tế bào NCM811

Dữ liệu giám sát thể tích chu kỳ 60℃ của hai nhóm túi NCM811 tế bào pin được hiển thị trong Hình 4. So sánh sự thay đổi âm lượng, có thể thấy pin nhóm B bắt đầu tăng bất thường sau khoảng 5 chu kỳ, trong khi âm lượng của pincủa nhóm A tăng chậm cho thấy hệ thống điện phân tương ứng với các cell pin nhóm B dễ xảy ra phản ứng phụ, sinh khí dẫn đến thể tích của pin tăng bất thường.

Hình 4. Đường cong sạc và xả pin NMC811-Graphite và đường cong thay đổi âm lượng

Phân tích sâu hơn được thực hiện trên các đường cong phóng điện và thay đổi âm lượng của pin nhóm B. Như được hiển thị trong Hình 5, các đường cong thay đổi dung lượng và thể tích tế bào tương ứng cho các chu kỳ phóng điện hoàn toàn khác nhau. Công suất xả bắt đầu giảm đáng kể ở vòng thứ 4 và sự thay đổi thể tích tế bào tăng đáng kể từ vòng thứ 4, điều này cho thấy sự gia tăng thể tích tế bào có liên quan đến sự suy giảm công suất, có thể là do phản ứng phụ tiêu thụ lithium hoạt động dẫn đến suy giảm dung lượng và khí sinh ra từ phản ứng phụ làm cho thể tích tế bào tăng lên.

Hình 5. Công suất xả và đường cong thay đổi thể tích khi xả hết với chu kỳ thay đổi

Tiếp tục phân tích các đường cong sạc và xả và các đường cong thay đổi âm lượng tương đối của chu kỳ thứ nhất và thứ tám của nhóm pin B. Như thể hiện trong Hình 6, sự khác biệt giữa đường cong nạp và xả của hai chu kỳ là không rõ ràng, nhưng sự thay đổi về âm lượng là đáng kể. Sự thay đổi âm lượng ở chu kỳ thứ tám của pin trong quá trình xả lớn hơn đáng kể so với lần đầu tiên. Điều này là do việc sản xuất khí được đặt chồng lên trên sự thay đổi âm lượng gây ra bởi sự thay đổi pha cấu trúc, làm cho tổng thể tích của pin tăng lên.

Hình 6. Đường cong sạc, xả và thay đổi âm lượng của chu kỳ thứ nhất và thứ tám của pin nhóm B

Phân tích đường cong dung lượng chênh lệch của các ô nhóm B, như trong Hình 7 (a) và (b), 4 đỉnh trong quá trình sạc tương ứng với⁴: đỉnh1 là C₆→LiCx, đỉnh 2 là Lục phương 1 → Đơn tà, Đỉnh 3 là Đơn tà → Lục phương 2, đỉnh 4 là Lục phương 2 → Lục giác 3. Theo đường cong thay đổi thể tích tương ứng với mỗi đỉnh, có thể thấy rằng quá trình xen kẽ liti của than chì sẽ gây ra sự gia tăng đáng kể về khối lượng, vàtanh ấy thay đổi phagiữa H1/M/H2/H3 của vật liệu bậc ba sẽ có một sốlàm cho thể tích của vật liệu điện cực dương co lại, do đó làm chậm quá trình tăng thể tích của toàn bộ pin. Khi chu kỳ tăng lên, khoảng cách giữa các đường cong thay đổi âm lượng tương ứng với việc sạc và xả tăng lên, điều này cũng cho thấy sự giãn nở âm lượng không thể đảo ngược tăng dần.

Hình 7(a) và (b). Các đường cong thay đổi dung lượng và dung lượng chênh lệch của chu kỳ thứ nhất và thứ tám của các ô nhóm B

Bản tóm tắt

Trong bài báo này, một thiết bị theo dõi âm lượng tại chỗ hai kênh có thể kiểm soát nhiệt độ được sử dụng để phân tích sự thay đổi âm lượng của các tế bào NCM811/Graphite với hai hệ thống điện phân khác nhau trong quá trình đạp xe ở nhiệt độ cao, có thể đánh giá trực quan quá trình tạo khí của hai chất điện phân Ngoài ra, có thể thấy sự thay đổi âm lượng tương ứng với sự thay đổi pha của vật liệu trong quá trình khử xen kẽ lithium, giúp các nhà phát triển phân tích sâu về hiệu suất của vật liệu và chất điện phân từ cơ chế.

Những tài liệu tham khảo

1. Hoon-Hee Ryu, Kang-Joon Park, Chong S. Yoon và Yang-Kook Sun. Công suất giảm dần của Ni-Rich Li[NixCoyMn1-x-TÔI₂ (0,6≤ x≤ 0,95)Cathodes cho năng lượng caoTỉ trọng Pin Lithium-Ion: Sự xuống cấp hàng loạt hoặc bề mặt.hóa học. mẹ.2018, 30, 1155−1163;

2. Shiyao Zheng, Yong Yang et al. Mối tương quan giữa tầm xa và thay đổi cấu trúc cục bộ ở giàu Ni vật liệu phân lớp trong quá trình nạp và xả.J. Nguồn điện.2019,412,336–343;

3. Aleksandr O. Kondrakov et al. Biến dạng mạng dị hướng và sự xuống cấp cơ học của cao và Vật liệu cực âm NCM niken thấp cho pin Li-Ion.J. Vật lý. hóa học. C 2017, 121, 3286−3294

4. Roland Jung và cộng sự. Giải phóng oxy và ảnh hưởng của nó đối với sự ổn định đạp xe của LiNixMnyCozO₂(NMC) Vật liệu Cathode cho Pin Li-Ion.J. Điện hóa. Sóc. 2017, 164 A1361