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三元电池材料应用技术

1.三元材料电池介绍

三元材料是指钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2),三元复合正极材料前驱体等产品。其通式为Li(NixCoyMnz)O2,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而成,产品为黑色粉末,其含有镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。可用于小型电池和动力电池中。

2.三元材料电池特性

2.1三元材料特性

三元材料因兼有LiNiO2和LiCoO2的优点,且价格便宜,合成容易,被认为是最有可能取代目前商用LiCoO2的新型正极材料,也是现今锂离子电池研究的一大热点。

2.2能力密度优势突出

与锰酸锂和磷酸铁锂体系电池对比,三元电池具有明显的能量密度优势:

(1)质量比能量≥164Wh/Kg

(2)体积比能量≥297Wh/Kg

2.3安全性问题

问题:三元动力电池安全性与LFP和LMO相比较为薄弱,如大容量三元电池的过充,针刺难以通过,这是三元应用最大的障碍。

分析:

镍含量高

材料整体活性高

析氧温度

体系匹配性.使用条件

对策:

材料选择:如111,具有最为稳定的层状结构

方案设计:掺杂锰

电池设计:面密度,隔膜选择(陶瓷隔膜)

使用条件:限制电压

2.4三元材料的不足

(1)由于阳离子混排效应以及材料表面微结构在首次充电过程中的变化,造成NMC的首次充放电效率不高,首效一般都小于90%;

(2)三元材料电芯产气较严重,高温存储和循环性还有待提高;

(3)锂离子扩散系数和电子电导率低,使得材料的倍率性能不是很理想;

(4)三元材料是一次颗粒团聚而成的二次球形颗粒,由于二次颗粒在较高压实下会破碎,从而限制了三元材料电极的压实,这也就限制了电芯能量密度的进一步提升。

2.5三元材料的改性

NMC的杂原子掺杂既可以在前驱体共沉淀阶段进行湿法掺杂,也可以在烧结阶段进行干法掺杂。

无机物表面包覆主要是使材料与电解液机械分开从而减少材料与电解液副反应,抑制金属离子的溶解,优化材料的循环性能。

无机物包覆还可以减少材料在反复充放电过程中材料结构的坍塌,对材料的循环性能是有益的。

NMC的表面包覆对降低高镍三元材料表面残碱含量是比较有效的。

 

3.共沉淀法制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2

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