Les effets du stockage de l'air ambiant à la surface de NMC-811 Crédit :WMG, Université de Warwick
Il est de notoriété publique dans la fabrication de batteries que de nombreux matériaux de cathode sont sensibles à l'humidité. Cependant, à mesure que la popularité des composants de batterie à haute teneur en nickel augmente, chercheurs de WMG, L'université de Warwick a découvert que plus les conditions dans lesquelles ces cathodes sont stockées et traitées sont sèches, alors une amélioration significative des performances de la batterie est obtenue.
Les batteries High-Ni (Nickel) sont de plus en plus populaires dans le monde entier, de plus en plus d'entreprises automobiles étudient l'utilisation de batteries à haute teneur en Ni pour les véhicules électriques. Cependant, les matériaux cathodiques à haute teneur en Ni sont sujets à la réactivité et l'instabilité est exposée à l'humidité, Par conséquent, la manière dont ils sont stockés afin d'offrir les meilleures performances est cruciale.
Dans le journal, « Les effets des conditions de stockage ambiantes sur les propriétés structurelles et électrochimiques des cathodes NMC-811 pour les batteries Li-ion, ' publié dans la revue Electrochimica Acta, chercheurs de WMG, L'Université de Warwick propose le meilleur moyen de stocker les cathodes à haute teneur en nickel afin d'atténuer la dégradation prématurée.
Les chercheurs ont exposé le NMC-811 (matériau cathodique à haute teneur en Ni) à différentes températures et humidités, puis mesuré les performances et la dégradation du matériau dans une batterie sur une période de 28 jours, les analyser en utilisant une combinaison de physique, essais chimiques et électrochimiques. Cela comprenait une microscopie à haute résolution pour identifier les changements morphologiques et chimiques qui se sont produits à l'échelle du micron et du sous-micron pendant la charge et la décharge des batteries.
Les conditions de stockage comprenaient séchées au four sous vide, comme exposé (à l'humidité) et une mesure de contrôle. Les chercheurs ont recherché des impuretés de surface, qui comprennent les carbonates et H2O, et trouvé qu'il y avait trois processus qui peuvent être responsables des impuretés, comprenant:
Légende :(a-b) Particule post-mortem NMC811, sans exposition préalable à l'air humide, analysé par FIB-SIMS, ciblant la détection de lithium. (c-d) Particule post-mortem NMC811, après 28 jours d'exposition à l'air humide, analysé par FIB-SIMS, ciblant la détection de lithium. Crédit :WMG, Université de Warwick
Ils ont constaté que dans toutes les conditions, (séché au four et tel qu'exposé) a montré une capacité spécifique de première décharge et des performances de cyclage inférieures, par rapport au témoin. Cependant, la mesure telle qu'exposée a montré qu'après 28 jours d'exposition à l'humidité ambiante, le H2O et le CO
La formation de carbonates et d'oxydes à la surface du NMC-811 contribue à la perte des performances électrochimiques lors du vieillissement des matériaux, en raison de la conductivité ionique et électronique inférieure, ainsi que l'isolation électrique des particules actives. Cela signifie qu'ils ne peuvent plus stocker de manière réversible des ions lithium pour véhiculer une "charge". L'analyse MEB a confirmé la porosité intergranulaire et les microfissures sur ces particules d'agrégat, après les 28 jours d'exposition ambiante.
Illustration schématique de la décomposition des particules lors de la charge-décharge d'une batterie Crédit :WMG, Université de Warwick
Ils peuvent donc conclure que les conditions les plus sèches, à des points de rosée d'environ -45oC, sont les meilleurs pour stocker ET traiter les matériaux, afin de produire ensuite les meilleures performances de batterie. Les conditions d'humidité et l'exposition aux jonctions tout au long du processus de fabrication entraîneront une expérience des matériaux et des composants ; cela se traduit par une durée de vie plus courte de la batterie.
Le Dr Mel Loveridge de WMG à l'Université de Warwick a déclaré :"Bien que l'humidité soit bien connue pour être problématique ici, nous nous efforçons de déterminer les conditions de stockage optimales nécessaires pour atténuer les indésirables, dégradation prématurée des performances de la batterie. De telles mesures sont essentielles pour améliorer la capacité de traitement, et finalement maintenir les niveaux de performance. Ceci est également pertinent pour d'autres systèmes riches en Ni, par ex. matériaux de l'ANC."
Le professeur Louis Piper de WMG à l'Université de Warwick déclare :« Des efforts de recherche mondiaux considérables continueront de se concentrer sur ces matériaux, y compris comment protéger leurs surfaces pour éliminer les risques de réactions parasites avant l'incorporation dans les électrodes. Au Royaume-Uni, La recherche de pointe de l'Institution Faraday a un consortium de projet entièrement consacré à démêler les mécanismes de dégradation de ces matériaux pertinents pour l'industrie. »
