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              行業百科

              高鎳三元正極材料動力學性能

              發布時間:2020/12/02 14:23:37    訪問量:45 次

              在目前已商業化的二次電池中,鋰離子電池在能量密度、循環壽命、工作溫度以及成本等多方面的綜合性能最優,因而逐步在電動汽車領域得到廣泛的用.LiNi,Co,Mn,O2(x+y+z=1)具有電化學性能穩定、放電電壓范圍寬、放電比容量高及放電倍率性能優異等優點,成為目前廣泛研究的鋰離子電池正極材料之一。

              該材料具有a-NaFeO2的層狀結構,其性能受到NiCo、Mn三種金屬元素含量的顯著影響.-般而言,提高Co元素含量有助于增加材料的有序性,Mn元素含量的增加可以起到穩定晶體結構的作用,而提高元素Ni的含.量則可以獲得更高的比容量從而提高鋰離子電池的能量密度,進而有助于延長電動汽車的續航里程.因此,LiNioCo2Mno2O2和LiNiogCoa.Mn.1O2(以下分別簡稱為NCM622和NCM811)成為了目前廣泛關注的兩種高鎳正極材料.與NCM622相比,充電至相同的截至電壓,NCM811可以脫出更多的鋰離子.以充電至4.25V為例,NCM622的比容.量一般為170mAh.g',

              NCM811的比容量可高達200mAh.g',但NCM622在熱穩定性和循環性能方面則比NCM811更優。
              Konishi等利用非原位XRD,并結合TDS-MS對比了NCM622和NCM811這兩種材料的熱穩定性差異"。研究結果顯示,與NCM622相比,NCM811由層狀結構轉變為尖晶石結構所需的加熱溫度更低,且結構轉變過程中氧氣的釋出量更大.即NCM811材料的熱穩定性較NCM622低.Bak等則借助原位XRD技術進一步證實了此觀點2.此外,Noh等以NiSO4.6H2O、CoSO。.7H2O

              MnSO+.5H2O和LiOH.HO為原料,采用共沉淀法合成了NCM622和NCM811材料,并組裝成扣式電池以評估這兩種材料的循環穩定性.結果表明,與NCM622相比,NCM811顆粒表面更易生成不利于鋰離子嵌人/脫出的尖晶石結構,導致NCM811材料的循環穩定性較差本文利用單顆粒微電極技術,通過選取粒徑相近的顆粒,系統分析了NCM811和NCM622兩種Ni含量不同的材料在充放電性能、倍率性能、交流阻抗譜和鋰離子的固相擴散系數等動力學性能和參數方面的差異.結果表明,NCM811除了具有更高的可逆容量和庫侖效率之外,還在較寬的SOC范圍內具有更好的動力學特征,其鋰離子固相擴散系數比NCM622可高約10倍,同時具有更低的電荷傳遞阻抗,這與更多的Ni2+和Nit金屬離子能夠降低鋰離子固相擴散的活化能的理論預期能夠很好的吻合

              較高的鋰離子固相擴散系數和較低的電荷傳遞阻抗為NCM811顆粒帶來了更好的倍率放電性能,在進行20C倍率放電時,NCM811的放電容量保持率仍高達80.8%以上.單顆粒微電極測量技術能夠排除導電劑、粘結劑和電極結構等復雜工藝因素對電化學性能表征的影響,有助于加深材料本征構效關系的理解和認識,并進一步尋求新的突破思路。

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