고온 순환 중 NCM811 셀의 부피 변화에 대한 현장 분석

삼원계 재료의 니켈 함량이 증가함에 따라 구조적 안정성을 유지하는 방법이 주요 과제입니다. 주기 동안 삼원계 배터리 셀은 주로 두 가지 이유로 발생하는 어느 정도의 부피 변화를 갖습니다. 하나는 재료 구조의 확장입니다.^1-3, 리튬의 그래파이트 디인터칼레이션의 팽창, 삼원계 물질 H1/H2/H3 상변화의 팽창, 응력에 의한 균열 등 두 번째는 가스⁴  ;전해질 부반응에 의해 생성됩니다. 예를 들어, C₂시간₄  ;및 H₂  ;SEI 막 형성 중에 음극에서 생성되고 O₂, CO 및 CO ₂  ;그림 1과 2에서와 같이 3원계 위상 변화 동안 생성됩니다. 이 논문은 고온 사이클링 동안 NCM811 시스템 셀의 두 가지 다른 전해질 시스템의 부피 변화를 분석하기 위해 현장 부피 모니터를 사용하고 R&앰프 ;D를 위한 방법을 제공합니다. 전해질 성능을 정확하게 평가합니다.

그림 1. 삼원 물질 리 [NixCoyMn의 용량 손실에 대한 개략도_1−x−y]영형₂¹

그림 2. NMC811 -흑연 충방전 곡선 및 OEM 가스 생산 곡선  ;⁴

실험장비 및 시험방법

1.실험장비: 모델 GVM2200 (IEST 원능 기술 ), 테스트 온도 범위는 20℃~85℃이며 듀얼 채널(배터리 2개) 동시 테스트를 지원합니다. 장비의 외관은 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3. GVM2200 장비의 외관

2. 시험방법

2.1 시험 온도: 60℃

2.2 충전 및 방전 과정: 5분 휴식; 0.5C CC ~ 4.2V, 이력서 ~ 0.025C, 5분 휴식; 0.5C DC ~ 2.8V.

2.3원위치 체적 모니터링: 초기에 셀 무게 측정₀, 테스트 할 셀을 장치의 해당 채널에 넣고 MISG 소프트웨어를 시작하고 각 채널의 해당 셀 번호 및 샘플링 주파수 매개 변수를 설정하면 소프트웨어가 자동으로 볼륨 변화를 읽습니다. 온도, 전류, 전압과 같은 테스트 데이터 및 용량.

NCM811 전지 고온 주기 부피 변화의 현장 분석

NCM811 파우치 두 그룹의 60℃ 사이클 부피 모니터링 데이터  ;셀 그림 4와 같다. 부피 변화를 비교하면 B그룹의 전지는 약 5사이클 이후부터 비정상적으로 증가하기 시작하는 것을 알 수 있다.그룹 A의 ies가 천천히 증가하는 것은 그룹 B의 배터리 셀에 해당하는 전해질 시스템이 부반응 및 가스 발생에 취약하여 배터리의 부피가 비정상적으로 증가함을 나타냅니다.

그림 4. NMC811 -그래파이트 배터리 충전 및 방전 곡선 및 부피 변화 곡선

그룹 B 배터리의 충전-방전 및 부피 변화 곡선에 대한 추가 분석이 이루어집니다. 그림 5에서 볼 수 있듯이, 서로 다른 완전 방전 주기에 대한 해당 용량 및 셀 부피 변화 곡선입니다. 방전 용량은 4번째 원에서 크게 감소하기 시작하고 4번째 원부터 셀 부피 변화가 크게 증가하는데 이는 셀 부피의 증가가 용량 감소와 관련이 있음을 보여주며 이는 활성 리튬을 소모하는 부반응에 의한 것일 수 있습니다. 이는 용량 감소로 이어지고 부반응에 의해 생성된 가스로 인해 셀 부피가 증가합니다.

그림 5. 주기 변화에 따른 완전 방전 시 방전 용량 및 부피 변화 곡선

B 그룹 배터리의 첫 번째와 여덟 번째 사이클의 충전 및 방전 곡선과 상대 부피 변화 곡선을 계속 분석하십시오. 그림 6에서 볼 수 있듯이 두 사이클의 충전 및 방전 곡선의 차이는 명확하지 않지만 부피 변화는 상당합니다. 방전 과정에서 배터리 셀의 8번째 사이클 부피 변화는 첫 번째 턴보다 훨씬 큽니다. 이는 구조적 상변화로 인한 부피 변화에 가스 생성이 중첩되어 배터리 셀의 총 부피가 증가하기 때문입니다.

그림 6. B군 배터리의 1주기와 8주기의 충전, 방전, 부피 변화 곡선

그림 7(a) 및 (b)와 같이 그룹 B 전지의 미분 용량 곡선을 분석하면 충전 과정 중 4개의 피크가 다음에 해당합니다.⁴: 피크1은 C₆→LiCx , 피크 2는 육각형 1→단사정 , 정점 3은 단사정 →육각형 2, 피크 4는 육각형 2→육각형 3. 각 피크에 해당하는 부피 변화 곡선에 따라 흑연의 리튬 인터칼레이션 과정이 진행됨을 알 수 있다. 부피가 크게 증가하게 되며,티그는 위상 변화~ 사이 삼원 재료의 H1/M/H2/H3는 일부시간이 지나면 양극재의 부피가 줄어들어 전체 배터리 셀의 부피 증가가 느려집니다. 사이클이 증가함에 따라 충전과 방전에 해당하는 체적 변화 곡선 사이의 간격이 커지면서 비가역적 체적 팽창도 점차 커짐을 보여주고 있다.

그림 7(a) 및 (b). B 그룹 세포의 첫 번째와 여덟 번째 주기의 차등 용량 및 부피 변화 곡선

요약

본 논문에서는 온도 조절이 가능한 이중 채널 ~에 -현장 부피 모니터를 사용하여 NCM811 /석묵 셀의 고온 순환 동안 두 가지 전해질 시스템의 부피 변화를 분석하여 두 전해질의 가스 생성을 직관적으로 평가할 수 있습니다. 또한 리튬이 탈리되는 과정에서 물질의 상변화에 따른 부피 변화를 볼 수 있어 개발자가 메커니즘에서 물질과 전해질 성능을 심층적으로 분석할 수 있다.

참조 자료

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