NCM811電池壽命衰減原因分析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-23 07:16
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一、結(jié)構(gòu)變化并不是電池循環(huán)壽命衰減的主要原因
非原位XRD和SEM數(shù)據(jù)結(jié)果表明：未循環(huán)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(huán)200次后，在顆粒形貌上和原子結(jié)構(gòu)上無(wú)明顯區(qū)別。所以，充放電過(guò)程中活物質(zhì)急劇的結(jié)構(gòu)變化并不是電池循環(huán)壽命衰減的主要原因。反而是，在電解液和脫鋰狀態(tài)下高活性活物質(zhì)顆粒界面間的寄生反應(yīng)才是4.2V高電壓循環(huán)下電池壽命縮短的主要原因。
（3）晶格參數(shù)變化
1.未循環(huán)的極片晶格常數(shù)和NCM811活物質(zhì)粉末的晶格常數(shù)是一致的。循環(huán)截止電壓是4.1V時(shí)，其晶格常數(shù)也與前兩者無(wú)明顯區(qū)別，c軸有少量增加。再看循環(huán)截止電壓為4.2V、4.3V、4.4V的c軸晶格常數(shù)，與4.1V的無(wú)明顯區(qū)別（差異為0.004埃），而在a軸上的數(shù)據(jù)就差異比較大了。
2.五組對(duì)比試驗(yàn)中Ni含量無(wú)明顯變化。
3.在44.5°下循環(huán)電壓4.1V的極片展現(xiàn)出較大的FWHM，其他的對(duì)比組則比較接近。
在電池充放電過(guò)程中，c軸出現(xiàn)了較大的收縮和膨脹。高電壓下，電池循環(huán)壽命的降低并不是因?yàn)榛钗镔|(zhì)結(jié)構(gòu)的變化。因此，以上三點(diǎn)驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)變化并不是電池循環(huán)壽命衰減的主要原因。
二、NCM811電池循環(huán)壽命與電池內(nèi)寄生反應(yīng)有關(guān)
將NCM811與石墨做成軟包電池，兩者采用不同的電解液。兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)電池電解液中分別添加了2%VC和PES211，而其電池循環(huán)后容量維持率出現(xiàn)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(shí)，電池循環(huán)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(huán)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(shí)驗(yàn)中，添加PES211的NCM424/石墨和NCM111/石墨體系電池循環(huán)壽命要比添加2%VC的要好。這就引發(fā)這樣的假設(shè)：在高鎳材料體系中，電解液添加劑對(duì)電池壽命影響很大。
從以上數(shù)據(jù)也可以看出，高電壓下的循環(huán)壽命比低電壓下循環(huán)壽命差很多。通過(guò)對(duì)極化、△V和循環(huán)次數(shù)進(jìn)行擬合函數(shù)，
可以看出，在低截止電壓下循環(huán)，電池△V較小，而電壓升高到4.3V以上時(shí)，△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(jìn)一步驗(yàn)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(duì)電池的寄生反應(yīng)概率進(jìn)行分析，通過(guò)提取極化、熵、寄生熱流等參數(shù)，與rSOC做出函數(shù)關(guān)系，
