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聊聊大家关注的三元材料问题点 再谈谈如何提升安全性

2017-02-20 09:58来源:第一电动网作者:寻风kyle关键词:三元材料锰酸锂动力电池收藏点赞

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三元材料高PH影响?

我们都知道,高Ni三元材料是未来高能量密度动力电池应用方向,可是为何一直用不好呢?这其中一个最重要的原因就是材料碱性大,浆料吸水后极容易造成果冻。其对生产环境和工艺控制能力的要求,我们压根就用不好。降低表面残碱含量对于三元材料在电池里的应用具有非常重要的意义。

高Ph来自于哪里?这是因为三元材料合成中锂盐过量,多余的锂盐在高温煅烧后的产物主要是Li的氧化物,与空气中的H2O和CO2反应再次生成LiOH和Li2CO3,残留在材料表面,使材料的pH 值较高。

此外,在高Ni体系中由于化合价平衡的限制,使材料中Ni有一部分以3+的形式存在,而多余的Li 在材料表面易形成LiOH和Li2CO3,Ni含量越高表面含碱量越大,匀浆和涂布过程中越容易吸水造成浆料果冻状。

同时, 需要注意的是这些残留的锂盐不仅电化学活性较大, 而且因碳酸锂等在高压下分解导致电池充放电过程中电池的产气现象。

如何降低三元材料的PH?

一般从源头来控制前驱体的PH和生产环境,降低锂盐比例,调整烧结制度,让锂能快速扩散到晶体内部。对材料水洗,然后二次烧结降低表面残碱含量,但相应的会损失一部分电性能。表面包覆也是降低三元材料表面残碱含量的有效方法。

三元材料改性方法?

用金属氧化物(Al2O3,TiO2,ZnO,ZrO2等)修饰三元材料表面,使材料与电解液机械分开,减少材料与电解液副反应,抑制金属离子的溶解,ZrO2、TiO2和Al2O3氧化物的包覆能阻止充放电过程中阻抗变大,提高材料的循环性能,其中 ZrO2的包覆引发材料表面阻抗增大幅度最小,Al2O3的包覆不会降低初始放电容量。

如何提高三元材料的安全性?

三元电池特别是111体系以上的三元电池安全性一直困扰着业界,从去年年初开始的动力电池路线选择压制三元电池,以及年末对三元电池的解禁。这些都和今后动力电池使用哪个材料体系更加安全息息相关。

而且随着NCM能量密度的不断提高,材料的热稳定性会越来越差。下图表述的是随着Ni含量的升高材料的分解温度逐渐下降。

如何提高三元材料的安全性?简单说几点比较重要的。首先从三元材料本身来讲:

①、进行陶瓷氧化铝的包覆,Al2O3通过形成Al-O-F 和Al-F 层可以消耗电池体系中的HF,充电电压可以提高到 4.5V;

②、控制Ni的含量在合理的范围(811当然比622更不稳定);

③、进行参杂其他金属元素(Al ,Mg ,Ti,Zr)这些适当的参杂包覆可以提高材料的结构稳定性,热稳定性以及循环的稳定性等。

其次,在和电池体系中其他材料的配合上也要下功夫研究:

①、电解液中加入高沸点和闪点的阻燃添加剂,常见的有有机磷,氟代磷酸酯系列;

②、陶瓷隔离膜的选择,提高隔膜基材和涂层的厚度,使用新型的耐高温 收缩率低的无纺布材料等。

此外,常见的还有不同正极材料的混合使用,达到优势互补的效果,比如三元混合锰酸锂改善电池的安全性。个人认为,国内短期内可以规模化应用的三元材料为622体系,更高的体系甚至NCA用到动力电池体系以国内现有的技术水平很难驾驭。

原标题:聊聊大家关注的三元材料问题点,再谈谈如何提升安全性
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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