久久婷婷五月综合97色,丰满少妇高潮惨叫久久久一

鋰電池三元高鎳正極材料研究現(xiàn)狀

元能科技 2024-07-20 | 閱讀：1271

前言

基于能量密度高、放電容量大、綜合成本低等優(yōu)勢(shì)的三元正極材料（NCM），特別是高鎳三元材料，會(huì)是未來(lái)三元正極的主要發(fā)展趨勢(shì)。本期文章主要就高鎳三元材料的基本特征、材料自身問(wèn)題點(diǎn)、當(dāng)前相關(guān)研究情況等做相關(guān)梳理和討論。

高鎳材料的基本特征

NCM三元材料由于元素本身的特點(diǎn)，不同的元素在材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能中扮演的角色各不相同。一般而言，在NCM體系中，鎳含量越高，克容量越高（如圖1所示）；鈷含量越高，倍率性能越好；錳含量越高，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。因此，三元材料的性能因元素的比例改變而改變。按照鎳含量的不同，NCM主要可以分為NCM111、532、622、811等，還有過(guò)渡產(chǎn)品721等，其中622及以上為高鎳三元。

圖1.不同三元正極材料的克容量

高鎳材料問(wèn)題點(diǎn)

高鎳三元材料從NCM532、NCM622到NCM811以及NCA三元材料，逐漸迭代更新。將Ni含量提升至90%及以上，不僅可以降低成本，還能極大提升電池的比能量。然而，隨著Ni含量的提升，高鎳三元材料在應(yīng)用中也存在許多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。表1總結(jié)了高鎳三元材料自身存在的一些問(wèn)題：

表1.高鎳三元材料自身存在的一些問(wèn)題

高鎳材料的改性研究

為了克服上述關(guān)于高鎳三元材料應(yīng)用中的相關(guān)問(wèn)題，通常需要對(duì)其進(jìn)行材料層級(jí)的改性，從而改善后續(xù)電池的電化學(xué)性能和安全性能。目前針對(duì)高鎳三元材料的改性研究可以劃分為幾個(gè)方向：材料本體優(yōu)化、材料結(jié)構(gòu)調(diào)控、材料表/界面優(yōu)化等，如表2所示：

表2.當(dāng)前已報(bào)道的高鎳三元材料的改性研究方法

上述的包覆改性是被廣泛用于高鎳三元正極材料表面修飾的方法。針對(duì)表面包覆的方向，我們整理了當(dāng)前研究中高鎳三元材料的不同的包覆物方案，如圖2所示：

圖2.高鎳三元材料的不同包覆物方案

高鎳材料研究小結(jié)

（1）高鎳三元正極材料不斷迭代發(fā)展，高鎳化可以提高電池的能量密度；但高鎳三元材料自身存在的一些問(wèn)題，需要針對(duì)性地改善和優(yōu)化。

（2）通過(guò)材料本體優(yōu)化、元素?fù)诫s和表面包覆等改性手段，可以有效地解決高鎳三元正極材料存在的缺陷問(wèn)題，改善和提高其在電芯端的性能。

（3）高鎳三元仍是高能量正極的研究熱點(diǎn)，如果高鎳三元材料的安全性能、循環(huán)壽命的問(wèn)題得到解決的話，其在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上有非常大的空間。

高鎳材料測(cè)試案例

1、不同體系NCM材料的導(dǎo)電性及壓縮性能評(píng)估

本文采用粉末電阻&壓實(shí)密度儀PRCD3100（IEST-元能科技），測(cè)試了NCM111、NCM622、NCM811三種材料的電導(dǎo)率及壓縮性能（圖3），發(fā)現(xiàn)隨著鎳含量的增加，電導(dǎo)率逐漸增大；但當(dāng)前加壓條件下NCM622的壓縮模量大于NCM111及NCM811，這與其的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，結(jié)合三種材料的SEM形貌分析結(jié)果可明顯看出，NCM622由層狀結(jié)構(gòu)組成的多晶材料，更易被壓縮，這與實(shí)際的壓縮性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。

圖3.三種NCM材料的電導(dǎo)率曲線(a) 和壓實(shí)密度曲線(b)

2、原位分析NCM811電芯高溫循環(huán)過(guò)程體積變化

本文采用可控溫雙通道原位體積監(jiān)控儀GVM2200，分析兩種不同電解液體系的NCM811/Graphite電芯在高溫循環(huán)過(guò)程中的體積變化（圖4），可直觀的評(píng)估兩種電解液體系在產(chǎn)氣方面的差異，且可看出脫嵌鋰過(guò)程中的材料相變對(duì)應(yīng)的體積變化，助力研發(fā)人員從機(jī)理上深入分析材料和電解液性能。

圖4. GVM2200設(shè)備外觀圖、NMC811-Graphite電芯充放電曲線及體積變化曲線

3、三元軟包電芯長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程膨脹變化分析

本文采用原位膨脹分析儀SWE2110，分析NCM電芯長(zhǎng)循環(huán)過(guò)程中容量衰減與厚度膨脹的關(guān)聯(lián)性（圖5），通過(guò)相關(guān)電芯膨脹厚度及電化學(xué)數(shù)據(jù)分析，推測(cè)此電芯循環(huán)衰減原因包含電極機(jī)械損傷、析鋰及其它副反應(yīng)。

圖5. 原位膨脹分析儀設(shè)備示意圖、不同電芯循環(huán)充電膨脹力變化曲線

4、三元電芯原位膨脹分析-不同溫度條件

本文采用原位膨脹分析儀SWE2110（IEST-元能科技），對(duì)NCM523電芯在不同溫度條件下充放電過(guò)程中的厚度膨脹進(jìn)行分析。溫度從室溫25℃升高至45℃和60℃，以及從室溫25℃降至0℃時(shí)，電芯的不可逆膨脹均增加，但在高溫和低溫兩種條件下導(dǎo)致不可逆膨脹的原因可能不同。