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NCM111、442、532和622材料熱穩定性對比

作者:鋰粉焙燒技術   添加時間:2016-09-01 10:17:00   瀏覽:   來源:鋰粉焙燒技術

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長久以來,循環性能差都是影響NCM材料應用的重要因素,影響NCM材料壽命的主要因素是NCM材料與電解液在界面處發生反應,造成材料的結構被破壞,從而使材料迅速失效。

為了解決這個問題,各種方法也紛紛被提出,例如表面改性,元素摻雜等,今天小編就帶大家了解一下,不同元素配比的NCM材料的熱穩定性。

相比于其他鋰離子電池正極材料,NCM材料具有高比容量、低成本和良好的熱穩定性等優點,因此在儲能領域、電動汽車領域具有十分廣闊的應用前景。

NCM材料中主要的過渡元素為NiMnCo,其中三種元素不同配比可以獲得不同性能的NCM材料,例如NCM111NCM622等,由于元素配比不同使得在與電解液接觸時材料的穩定性也隨之變化,從而造成材料壽命的變化。

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一般來講,為了提高NCM材料的比容量,一般我們會提高材料中鎳元素的含量,如NCM811材料,但是這會降低材料的穩定性,另外一個可行的辦法是制備Li[NixMnxCo1-2x]O2材料,通過提高Mn元素的含量并提高截至電壓,達到提高材料容量的目的,例如NCM442材料在4.7-4.9V的截至電壓下并沒有出現任何的結構不穩定現象。

近日,加拿大的達爾豪斯大學的Lin Ma等就對不同配比的NCM材料在與電解液接觸時的穩定性進行了研究,Lin Ma等人針對NCM111442532622811材料在不同的充電狀態下,材料與電解液之間的穩定性進行了研究。該項研究采用了軟包電池,研究中除了NCM442材料由Umicore提供外,其他材料均由中國廠家提供。

在完成注液和封口后,電池在40℃左右擱置24h,以便使得電解液充分浸潤,然后用C/20的電流將電池充電至3.5V,然后再將電池切開放氣,并再次封口,然后將電池在C/20的電流下將電池充電至4.5V,然后再次將電池切開放氣,并再次封口。

將電池放電至2.8V后,然后將電池分為四組,在C/20電流下分別充電至4.2V4.4V4.5V4.7V,靜置3小時候,拆開電池取出正極,并將電解液清洗干凈。獲得的正極材料采用了加速量熱法進行測量,測試結果顯示,NCM111材料在充電4.2V時,當材料加熱到225℃時,材料出現了一個放熱峰。

當將截至電壓提高到4.7V時,出現放熱峰的溫度下降到了180℃,表明材料出現了不穩定的現象。NCM442熱穩定性同樣很好,只有截至電壓提高到4.7V才出現了熱失控溫度下降的現象。而NCM532622熱穩定性要明顯差于NCM111442材料,NCM811材料熱穩定性最差,在120℃就出現了放熱峰。

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該研究表明無論是NCM111還是622811,其熱穩定性都會隨著充電截至電壓的提高而下降,特別是當截至電壓提高到4.7V時,幾種材料的熱失控溫度都出現了明顯的下降,但是NCM111442材料則表現出了較好的熱穩定性,在同樣的截至電壓下均優于其他材料。

研究表明Mn4+的含量對材料的穩定性具有十分重大的影響,因為Mn4+不具備電化學活性,并且能夠穩定材料的結構,而Ni元素對材料的熱穩定性則是不利的,Ni元素的含量越高,材料的熱穩定性越差。

因此可以通過合成結構式為Li[NixMnxCo1-2x]O2的材料,來提高材料中Mn4+的含量,并提高截至電壓的方式,在保證材料較高容量的前提下,仍然具有良好的問穩定性。


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