De ultimative betingelser for at få mest muligt ud af høj-nikkel-batterier

Det er almindeligt kendt inden for batterifremstilling, at mange katodematerialer er fugtfølsomme. Imidlertid, efterhånden som populariteten af ​​høj-nikkel-baserede batterikomponenter stiger, forskere fra WMG, University of Warwick har fundet ud af, at jo tørrere betingelserne er, som disse katoder opbevares og behandles i, så opnås en betydelig forbedring af batteriets ydeevne.

Høj-Ni (Nikkel) batterier bliver stadig mere populære verden over, med flere bilvirksomheder, der undersøger brugen af ​​høj-Ni-batterier til elektriske køretøjer. Imidlertid, høj-Ni katode materialer er tilbøjelige til reaktivitet, og ustabilitet udsættes for fugt, Derfor er det afgørende, hvordan de opbevares for at give den bedste ydeevne.

I avisen, 'Effekten af ​​omgivende opbevaringsforhold på de strukturelle og elektrokemiske egenskaber af NMC-811 katoder til Li-ion-batterier, ' offentliggjort i tidsskriftet Electrochemica Acta, forskere fra WMG, University of Warwick foreslår den bedste måde at opbevare høj-nikkel katoder på for at afbøde for tidlig nedbrydning.

Forskere udsatte NMC-811 (høj-Ni katodemateriale) for forskellige temperaturer og fugtigheder, målte derefter materialets ydeevne og nedbrydning i et batteri over en periode på 28 dage, analysere dem ved hjælp af en kombination af fysiske, kemisk og elektrokemisk testning. Dette omfattede højopløsningsmikroskopi for at identificere de morfologiske og kemiske ændringer, der skete på mikron- og submikronskalaen under batteriernes opladning og afladning.

Opbevaringsbetingelserne omfattede vakuumovntørret, som udsat (for fugt) og en kontrolforanstaltning. Forskere ledte efter overfladeurenheder, som omfatter carbonater og H2O, og fandt ud af, at der var tre processer, der kan være ansvarlige for urenheder, inklusive:

1. Resterende urenheder, der stammer fra uomsatte prækursorer under syntese
2. Højere ligevægtsdækning af overfladecarbonater/hydroxider (til stede for at stabilisere overfladen af ​​Ni-rige materialer efter synteseprocessen)
3. Urenheder dannet under opbevaringstid i omgivelserne

De fandt ud af, at under alle forhold, (ovntørret og eksponeret) viste ringere specifik kapacitet ved første afladning og cyklusydelse, sammenlignet med kontrollen. Imidlertid viste målingen som eksponeret, at efter 28 dages eksponering for omgivende fugt, H2O og CO ₂ reagerer med Li+ ionerne i battericellen, resulterer i dannelsen af ​​lithiumcarbonat og hydroxidarter.

Dannelsen af ​​carbonater og oxider på overfladen af ​​NMC-811 bidrager til tabet af den elektrokemiske ydeevne under ældning af materialerne, på grund af den ringere ioniske og elektroniske ledningsevne, samt den elektriske isolering af de aktive partikler. Det betyder, at de ikke længere reversibelt kan lagre lithium-ioner for at formidle "ladning". SEM-analyse bekræftede den inter-granulære porøsitet og mikrorevner på disse aggregatpartikler, efter de 28 dages omgivende eksponering.

De kan derfor konkludere, at de tørreste forhold, ved dugpunkter på omkring -45oC, er de bedste til opbevaring OG bearbejdning af materialerne, for derefter at producere den bedste batteriydelse. Fugtforhold og eksponering ved kryds langs fremstillingsprocessen vil få materialerne og komponenterne til at opleve; dette resulterer i kortere batterilevetid.

Dr. Mel Loveridge fra WMG ved University of Warwick siger, "Mens fugt er velkendt for at være problematisk her, vi gik i gang med at bestemme de optimale opbevaringsforhold, der er nødvendige for at afbøde uønskede, for tidlig forringelse af batteriets ydeevne. Sådanne foranstaltninger er afgørende for at forbedre behandlingsevnen, og i sidste ende opretholde præstationsniveauer. Dette er også af relevans for andre Ni-rige systemer, f.eks. NCA materialer."

Professor Louis Piper fra WMG ved University of Warwick siger, "En betydelig global forskningsindsats vil fortsat fokusere på disse materialer, herunder hvordan man beskytter deres overflader for at eliminere risici for parasitære reaktioner før inkorporering i elektroder. I Storbritannien, førende forskning fra Faraday Institution har et projektkonsortium, der udelukkende er dedikeret til at optrevle nedbrydningsmekanismerne for sådanne industrirelevante materialer."