鉅大LARGE | 點擊量:1286次 | 2020年09月03日
環(huán)境濕度對鋰離子電池高鎳正極材料的影響是什么?
關于鎳基材料,顆粒表面會發(fā)生自發(fā)反應,Ni3+轉(zhuǎn)變?yōu)镹i2+,釋放O2-,當鎳含量高的材料(NMC622、NMC811、NCA等)暴露在空氣中時,更容易吸收空氣中的二氧化碳和水。
這樣在顆粒表面形成Li2CO3和LiOH層,材料中Ni比例高,PH值也越高,而Li2CO3和LiOH消耗了材料中的Li,又不具備電化學活性,因此會造成容量衰減,而且顆粒表面致密的Li2CO3層阻礙Li的擴散,影響電池性能。LiOH也會與PVDF和LiPF6反應,對電池工藝和性能出現(xiàn)不利影響。
材料與空氣的反應會在原材料保存、電極制備、極片存儲等整個過程進行,因此,關于高鎳材料,從原材料到整個電池生產(chǎn)過程都要嚴格的環(huán)境控制,特別是水分控制。假如水分與材料已經(jīng)發(fā)生了反應,通過常規(guī)的干燥過程根本無法再次去除水分的影響,電極漿料的制備、極片制造等環(huán)節(jié)都要在干燥環(huán)境內(nèi)進行,一般地,高鎳正極電池的生產(chǎn)過程都要露點-30℃環(huán)境。
假如高鎳正極材料顆粒表面吸收空氣中的水分,反應出現(xiàn)了LiOH,這就會對極片制造工藝過程出現(xiàn)嚴重的影響。在高鎳正極漿料制備過程中,PVDF溶解于NMP中,材料表面的堿性基團會攻擊相鄰的C-F、C-H鍵,PVDF很容易發(fā)生雙分子消去反應,會在分子鏈上形成一部分的碳碳雙鍵。
當PVDF內(nèi)雙鍵増加時,其粘結(jié)力也會増加,這會導致漿料粘度増加,甚至漿料形成凝膠狀態(tài)。因此,高鎳正極漿料在制備和涂布過程,環(huán)境濕度對其影響巨大,假如再工藝過程中吸水反應,特別容易造成漿料性質(zhì)發(fā)生變化,導致極片制造過程出現(xiàn)品質(zhì)不穩(wěn)定,工藝一致性差等問題,形成凝膠漿料時,甚至涂布過程無法進行。
而且,當PVDF內(nèi)雙鍵増加導致粘結(jié)力増加時,極片脆性増加特別容易發(fā)生斷裂,極片輥壓、分切等工藝收放卷過程中,極片斷裂造成工藝過程無法進行。假如電池是方形卷繞工藝,在卷芯拐角處會造成極片斷裂或者掉料的情況。
LiOH會與Al箔發(fā)生反應,Al被腐蝕之后,機械強度降低,電池電化學性能和安全性都會受到影響,而且箔材被腐蝕表面性質(zhì)變化,涂層剝離強度會降低,極片的機械性能和電性能都會受到影響。
此外,LiOH也會與LiPF6反應,消耗電解液中的Li離子,出現(xiàn)HF氣體,它可以使電池內(nèi)部的金屬零件腐蝕,進而使電池最終漏液。而且HF破壞SEI膜,會與SEI膜重要成分持續(xù)發(fā)生反應。
上一篇:簡介聚合物鋰離子電池的特點