鉅大LARGE | 點擊量:1383次 | 2019年09月06日
【干貨】鋰電池NCM111材料失效機理最新研究
三元材料適不適合在電動汽車上使用,現(xiàn)在還沒有定論,但是有一點是肯定的,那就是三元材料容量高,容易合成,是一種性能十分優(yōu)異的正極材料。三元材料目前面臨的最大的問題是如何在較高的容量發(fā)揮的前提下保證材料的良好的循環(huán)壽命。目前的研究發(fā)現(xiàn),影響三元材料循環(huán)壽命的因素有以下幾點:
1)循環(huán)過程中表面晶體結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。
2)在循環(huán)過程中由于各向異性的體積膨脹導(dǎo)致的二次顆粒破裂。這些問題可以通過二次顆粒微觀結(jié)構(gòu)的改性,表面包覆處理,對充放電程序進(jìn)行優(yōu)化進(jìn)行解決。
研究發(fā)現(xiàn)材料二次顆粒內(nèi)部的顆粒-顆粒的連接結(jié)構(gòu)會造成局部的電流密度上升,從而產(chǎn)生很大的應(yīng)力,從而影響材料的循環(huán)性能。同時顆粒內(nèi)部各個部分之間,也存在著充電狀態(tài)不一致的現(xiàn)象,這會影響電極的電化學(xué)性能。在針對NCA材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的研究中發(fā)現(xiàn),在化成過程中,存在核殼結(jié)構(gòu)的嵌鋰過程,一般認(rèn)為在較小的電流密度下和足夠的靜置時間,這樣一個不均勻的擴散過程可以消失。但是最新的研究發(fā)現(xiàn),卻對此提出了質(zhì)疑。一般來說電池的充電狀態(tài)SOC指的是整個電池的充電狀態(tài),而斯坦福大學(xué)的WilliamE.Gent等人通過技術(shù)手段實現(xiàn)了電極局部SOC的觀測,這對于研究電極內(nèi)部的不均勻性具有十分重要的意義。研究中發(fā)現(xiàn),即使靜置170小時,在NCM二次顆粒中仍然觀察到了很高的Li+的不均勻性,在一個直徑1-3μm的二次顆粒內(nèi)部Li的濃度差別可以達(dá)到10%,這與我們所預(yù)想的狀態(tài)有很大的出入。WilliamE.Gent認(rèn)為由于二次顆粒內(nèi)部的一次顆粒隨機排布,導(dǎo)致產(chǎn)生的應(yīng)力有很大的各向異性,從而導(dǎo)致了Li濃度在顆粒內(nèi)部的差異。這也導(dǎo)致了一個很大的問題,顆粒局部的SOC值過高,會導(dǎo)致局部過充,并加快該部分失效,從而導(dǎo)致材料整體的容量下降。