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        【原創(chuàng)】如何提高三元材料的安全性?


        來源:中國粉體網   橙子

        [導讀]  隨著鎳含量的提高,三元電池安全性的問題也一直困擾著業(yè)界。

        中國粉體網訊  三元電池材料,是指由三種電極材料共融而成的復合電極材料,理論上兼具每種電極材料的特性和優(yōu)勢。鎳鈷錳酸鋰(LiNixCoyMn1-x-yO2)是目前最主流的三元電池材料,也被認為是未來的發(fā)展趨勢。其以鈷鹽、錳鹽、鎳鹽為原料,通過調配鈷、錳、鎳三者的比例,來獲得不同的電極特性。


        相比磷酸鐵鋰和低鎳三元材料,高鎳三元材料由于鎳元素比例的提高,在比能量上有更大的優(yōu)勢。從333、532,到622,再到811(鎳、鈷、錳三者的比例),近年隨著研發(fā)的投入,三元材料高鎳進程“根本停不下來”。


        然而隨著鎳含量的提高,三元電池安全性的問題也一直困擾著業(yè)界。從去年年初開始的動力電池路線選擇壓制三元電池,以及年末對三元電池的解禁。這些都和今后動力電池使用哪個材料體系更加安全息息相關。


        隨著NCM能量密度的不斷提高,材料的熱穩(wěn)定性會越來越差。下圖表述的是隨著Ni含量的升高材料的分解溫度逐漸下降。


         

        目前,雖然發(fā)展高鎳三元電池材料的“調子”已定,為了在保持其高比能量的同時,兼顧循環(huán)壽命和安全性,國內材料和電池企業(yè)可謂是苦心造詣,其安全問題仍在持續(xù)解決中。專家表示,三元高鎳材料的安全性可以通過材料改性優(yōu)化、表面包覆和調整電解液等方式來逐步解決。


        ① 進行陶瓷氧化鋁的包覆,Al2O3通過形成Al-O-F和Al-F層可以消耗電池體系中的HF,充電電壓可以提高到4.5V。


        ② 控制Ni的含量在合理的范圍(811當然比622更不穩(wěn)定)。


        ③ 進行參雜其他金屬元素(Al,Mg,Ti,Zr)這些適當?shù)膮㈦s包覆可以提高材料的結構穩(wěn)定性,熱穩(wěn)定性以及循環(huán)的穩(wěn)定性等。


        ④采取添加劑優(yōu)化電解液,可以有效地促進電極材料表面上形成高質量的表面膜,同時抑制電解液的氧化分解。


        ⑤電解液中加入高沸點和閃點的阻燃添加劑,常見的有有機磷,氟代磷酸酯系列。


        ⑥陶瓷隔離膜的選擇,提高隔膜基材和涂層的厚度,使用新型的耐高溫收縮率低的無紡布材料等。


        常見的還有不同正極材料的混合使用,達到優(yōu)勢互補的效果,比如三元混合錳酸鋰改善電池的安全性。此外,業(yè)內人士指出,高鎳三元材料電池對制造環(huán)境、生產設備、電芯制造工藝等方面也提出了更高的要求。


        目前,高鎳三元材料的安全性和生產工藝是電池研發(fā)和產業(yè)化的難點,這也是當前和今后一段時間電池研發(fā)的熱點方向。如能研究出更好的方法解決高鎳三元材料的安全性的問題,將極大地促進高能量密度三元材料的產業(yè)化進展,早日實現(xiàn)2020年鋰離子電池的單體能量密度為350Wh/kg的目標!(粉體網編輯整理/橙子)



         

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