Để đáp ứng nhu cầu của EV và thị trường lưu trữ năng lượng tĩnh quy mô lớn, pin lithium đang dần phát triển theo hướng mật độ năng lượng cao hơn, rẻ hơn, an toàn hơn và tuổi thọ cao hơn. Mật độ năng lượng của pin lithium có thể được cải thiện bằng cách tăng công suất riêng của vật liệu và điện áp hoạt động trung bình.
Tuy nhiên, sự ổn định cấu trúc của vật liệu điện cực và các phản ứng ký sinh bên trong pin lithium ảnh hưởng nghiêm trọng đến vòng đời của pin lithium. Vậy lý do chính là gì?
Vật liệu bậc ba niken-coban-mangan là một trong những vật liệu chính của pin năng lượng hiện tại. Ba yếu tố có ý nghĩa khác nhau đối với vật liệu điện cực dương. Yếu tố niken là để cải thiện dung lượng pin. Hàm lượng niken càng cao thì khả năng riêng của vật liệu càng lớn.
Dung lượng cụ thể của NCM811 có thể đạt tới 200mAh/g, nền phóng điện khoảng 3,8V và có thể chế tạo thành pin có mật độ năng lượng cao.
Tuy nhiên, các vấn đề của pin NCM811 là độ an toàn kém và tuổi thọ giảm nhanh chóng. Những lý do ảnh hưởng đến vòng đời và sự an toàn của nó là gì, và làm thế nào để giải quyết vấn đề này? Hãy đi sâu phân tích:
NCM811 được chế tạo thành pin cúc áo (NCM811/Li) và pin gói mềm (NCM811/than chì), dung lượng gam và dung lượng của pin đầy đã được thử nghiệm tương ứng.
Các tế bào túi được chia thành 4 nhóm cho các thí nghiệm đơn yếu tố và biến tham số là điện áp ngưỡng, có giá trị lần lượt là 4,1V, 4,2V, 4,3V và 4,4V. Đầu tiên, các tế bào được quay vòng 2 lần với tốc độ 0,05C, tiếp theo là quay vòng ở 30°C với tốc độ 0,2C. Sau 200 chu kỳ, đường cong chu kỳ của pin gói mềm được hiển thị trong hình bên dưới: 
Từ hình có thể thấy rằng trong điều kiện điện áp ngưỡng cao hơn, dung lượng gam của vật liệu hoạt tính và dung lượng pin đều cao, nhưng dung lượng pin và dung lượng gam của vật liệu phân rã nhanh hơn. Ngược lại, ở điện áp ngưỡng thấp hơn (dưới 4,2V), dung lượng pin giảm chậm và tuổi thọ của chu kỳ dài hơn.
Trong thí nghiệm này, các phản ứng ký sinh được nghiên cứu bằng phương pháp đo nhiệt lượng đẳng nhiệt và sự suy giảm cấu trúc và hình thái của vật liệu catốt trong quá trình đạp xe được nghiên cứu bằng XRD và SEM tại chỗ và ngoài hiện trường. kết luận như sau:
1. Thay đổi cấu trúc không phải là nguyên nhân chính làm giảm tuổi thọ của pin
Kết quả của dữ liệu XRD và SEM ngoài hiện trường cho thấy mảnh cực của pin chưa được tái chế và pin có điện áp ngưỡng 4,1V, 4,2V, 4,3V và 4,4V đã được quay vòng 200 lần với tốc độ 0,2C. Không có sự khác biệt đáng kể trong cấu trúc.
Do đó, sự thay đổi cấu trúc nhanh chóng của vật liệu hoạt động trong quá trình sạc và xả không phải là nguyên nhân chính làm giảm tuổi thọ của chu kỳ pin.
Ngược lại, phản ứng ký sinh giữa giao diện của các hạt vật liệu hoạt tính cao trong chất điện phân và trạng thái phân tách là nguyên nhân chính khiến tuổi thọ pin bị rút ngắn trong chu kỳ điện áp cao 4,2V.
（1）SEM 
a1 và a2 là ảnh SEM của pin chưa qua tái chế. b~e là ảnh SEM của vật liệu hoạt động điện cực dương sau 200 chu kỳ trong điều kiện 0,5C, điện áp cắt điện tích là 4,1V/4,2V/4,3V/4,4V và phía bên trái ở độ phóng đại thấp , và phía bên phải ở độ phóng đại cao Dưới hình ảnh kính hiển vi.
Từ hình trên có thể thấy rằng không có sự khác biệt đáng kể về hình thái hạt và mức độ phân mảnh giữa pin tái chế và pin chưa tái chế.
(2) XRD
Có thể thấy từ hình trên, không có sự khác biệt rõ ràng giữa năm loại về hình dạng và vị trí của đỉnh.
(3) Thay đổi về tham số mạng 
Như có thể thấy từ bảng, các điểm sau:
1. Hằng số mạng của mảnh cực chưa được xử lý phù hợp với hằng số mạng của bột hoạt chất NCM811. Khi điện áp ngắt chu kỳ là 4,1V, hằng số mạng cũng không thể phân biệt được với hai hằng số trước, với sự gia tăng nhỏ trong trục c. Nhìn vào hằng số mạng trục c của điện áp cắt chu kỳ 4,2V, 4,3V và 4,4V, không có sự khác biệt đáng kể so với 4,1V (chênh lệch là 0,004 angstrom), trong khi dữ liệu trên trục a là khá khác nhau.
2. Hàm lượng Ni trong 5 nhóm thí nghiệm so sánh không có sự thay đổi đáng kể.
3. Phần cực có điện áp chu kỳ 4,1V ở 44,5° thể hiện FWHM lớn hơn và các nhóm so sánh khác tương đối gần nhau.
Trong quá trình sạc và xả pin, trục c co lại và giãn ra rất nhiều. Ở điện áp cao, việc giảm tuổi thọ của pin không phải do thay đổi cấu trúc của vật liệu hoạt động. Do đó, ba điểm trên xác minh rằng sự thay đổi cấu trúc không phải là nguyên nhân chính khiến tuổi thọ của pin bị suy giảm.
2. Vòng đời của pin NCM811 liên quan đến phản ứng ký sinh trong pin
NCM811 và than chì được chế tạo thành pin gói mềm và cả hai sử dụng chất điện phân khác nhau. Hai nhóm pin thử nghiệm so sánh được thêm 2% VC và PES211 tương ứng và tỷ lệ duy trì dung lượng của pin sau khi đạp xe là khá khác nhau.
Khi điện áp giới hạn của pin có 2% VC lần lượt là 4,1V, 4,2V, 4,3V và 4,4V, tỷ lệ duy trì dung lượng của pin sau 70 chu kỳ là 98%, 98%, 91% và 88% tương ứng. Tuy nhiên, chỉ sau 40 chu kỳ của pin với PES211, tỷ lệ duy trì dung lượng giảm xuống còn 91%, 82%, 82% và 74%.
Quan trọng: Trong các thử nghiệm trước đây, vòng đời của các hệ thống NCM424/than chì và NCM111/than chì với PES211 tốt hơn so với 2% VC. Điều này dẫn đến giả thuyết rằng trong các hệ thống vật liệu niken cao, chất phụ gia điện phân có tác động lớn đến tuổi thọ của pin.
Vòng đời ở điện áp cao kém hơn nhiều so với ở điện áp thấp. Bằng cách khớp các hàm với độ phân cực, ΔV và số chu kỳ, ta thu được hình sau:
Khi pin được đạp ở điện áp ngưỡng thấp, △V của pin nhỏ và khi điện áp tăng trên 4,3V, △V tăng mạnh và độ phân cực của pin tăng, điều này ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của pin.
Tốc độ thay đổi ΔV của VC và PES211 là khác nhau, điều này xác minh thêm rằng mức độ phân cực và tốc độ của pin là khác nhau với các chất phụ gia điện phân khác nhau.
Xác suất phản ứng ký sinh của pin được phân tích bằng phép đo vi nhiệt lượng đẳng nhiệt và các thông số như độ phân cực, entropy và dòng nhiệt ký sinh được trích xuất để tạo mối quan hệ chức năng với rSOC, như minh họa trong hình sau: 
Trên 4,2V, biểu đồ cho thấy sự gia tăng đột ngột của dòng nhiệt ký sinh vì bề mặt dương được phân tách cao có khả năng phản ứng cao với chất điện phân ở điện áp cao. Điều này cũng giải thích tại sao điện áp sạc và xả càng cao thì tốc độ duy trì dung lượng pin càng giảm nhanh.
3. NCM811 kém an toàn hơn
Trong điều kiện nhiệt độ môi trường tăng liên tục, hoạt động của NCM811 phản ứng với chất điện phân ở trạng thái tích điện lớn hơn nhiều so với hoạt động của NCM111 phản ứng với chất điện phân. Do đó, rất khó để pin do NCM811 sản xuất vượt qua chứng nhận bắt buộc quốc gia.
Hình này là biểu đồ tốc độ tự gia nhiệt của NCM811 và NCM111 trong khoảng từ 70°C đến 350°C. Hình vẽ cho thấy ở khoảng 105 ℃, NCM811 bắt đầu nóng lên, trong khi NCM111 thì không và nó không bắt đầu nóng cho đến 200 ℃.
Bắt đầu từ 200°C, NCM811 có tốc độ gia nhiệt là 1°C/phút, trong khi NCM111 vẫn là 0,05°C/phút, điều này cũng có nghĩa là pin hệ thống NCM811/than chì khó đạt chứng nhận an toàn bắt buộc hơn.
Vật liệu hoạt tính niken cao chắc chắn sẽ là vật liệu chính cho pin mật độ năng lượng cao trong tương lai. Làm cách nào để giải quyết vấn đề tuổi thọ pin của NCM811 giảm quá nhanh?
Một là cải thiện hiệu suất của nó bằng cách sửa đổi bề mặt hạt của NCM811. Thứ hai là sử dụng chất điện phân có thể làm giảm phản ứng ký sinh giữa hai chất, do đó cải thiện tuổi thọ và độ an toàn của chu kỳ.