鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2020年10月20日
NCM811電池壽命衰減原因分析
一、結構變化并不是電池循環壽命衰減的重要原因
非原位XRD和SEM數據結果表明:未循環的電池極片與截止電壓分別為4.1V、4.2V、4.3V、4.4V的電池以0.2C倍率循環200次后,在顆粒形貌上和原子結構上無明顯差別。所以,充放電過程中活物質急劇的結構變化并不是電池循環壽命衰減的重要原因。反而是,在電解液和脫鋰狀態下高活性活物質顆粒界面間的寄生反應才是4.2V高電壓循環下電池壽命縮短的重要原因。
(3)晶格參數變化
1.未循環的極片晶格常數和NCM811活物質粉末的晶格常數是一致的。循環截止電壓是4.1V時,其晶格常數也與前兩者無明顯差別,c軸有少量新增。再看循環截止電壓為4.2V、4.3V、4.4V的c軸晶格常數,與4.1V的無明顯差別(差異為0.004埃),而在a軸上的數據就差異比較大了。
2.五組比較試驗中Ni含量無明顯變化。
3.在44.5°下循環電壓4.1V的極片展現出較大的FWHM,其他的比較組則比較接近。
在電池充放電過程中,c軸出現了較大的收縮和膨脹。高電壓下,電池循環壽命的降低并不是因為活物質結構的變化。因此,以上三點驗證了結構變化并不是電池循環壽命衰減的重要原因。
二、NCM811電池循環壽命與電池內寄生反應有關
將NCM811與石墨做成軟包電池,兩者采用不同的電解液。兩組比較實驗電池電解液中分別添加了2%VC和PES211,而其電池循環后容量維持率出現較大差異。
由上圖可知,添加2%VC的電池截止電壓分別為4.1V、4.2V、4.3V、4.4V時,電池循環70次后其容量維持率分別為98%、98%、91%、88%。而添加PES211的電池在循環僅僅40次后,容量維持率就降為91%、82%、82%、74%。重要的是:在之前的實驗中,添加PES211的NCM424/石墨和NCM111/石墨體系電池循環壽命要比添加2%VC的要好。這就引發這樣的假設:在高鎳材料體系中,電解液添加劑對電池壽命影響很大。
從以上數據也可以看出,高電壓下的循環壽命比低電壓下循環壽命差很多。通過對極化、△V和循環次數進行擬合函數,
可以看出,在低截止電壓下循環,電池△V較小,而電壓升高到4.3V以上時,△V急劇升高,電池極化加重,這就大大影響了電池的壽命。VC和PES211的△V變化速率是不同的,這進一步驗證了電解液添加劑不同,電池極化程度、速度也是不同的。
利用等溫微量熱法對電池的寄生反應概率進行分析,通過提取極化、熵、寄生熱流等參數,與rSOC做出函數關系,
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