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高容量NCM811材料替代中低鎳NCM材料

文章出處:責(zé)任編輯:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2020-07-07 15:42【

高容量NCM811材料替代中低鎳NCM材料是提升三元鋰離子電池鋰電池能量密度的有效方法。高鎳NCM具有高比容量和低成本的優(yōu)勢,但也存在循環(huán)性能較差,熱穩(wěn)定性能差等缺陷,因而限制高鎳NCM材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。為探究高鎳NCM電極材料性能,以NCM811/石墨體系軟包電芯為研究對象,對其進(jìn)行常溫及45℃充放電循環(huán)測試,使用鳳谷鋰電材料高溫回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)粉體原材料,并分析不同溫度條件下循環(huán)前后材料晶體結(jié)構(gòu)、形貌等的變化,明確循環(huán)衰減的主要影響因素,并有針對性的提出改善方案。根據(jù)鋰離子電池的熱行為進(jìn)行合理的熱管理設(shè)計(jì)是保證鋰離子電池安全、可靠運(yùn)行的根本。

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目前關(guān)于鋰離子動力電池的熱行為研究主要是針對新鮮電池(經(jīng)化成、分容后的全新電池),而對電池的安全性及電池?zé)嵝袨樽兓难芯繎?yīng)貫穿于電池的整個運(yùn)行周期。因此,從電池設(shè)計(jì)、熱管理設(shè)計(jì)以及其對電池性能及產(chǎn)熱影響的角度考慮,電池在初始狀態(tài)和長期應(yīng)用后(電池阻抗增加和容量衰減)的熱行為研究同等重要。Sato[5]針對長期擱置存儲后的18650型電池( LiNio.。Coo. is Al0o.o 02 ( NAT)/hard carbon), 采用量熱儀研究了小倍率0.1C1.0C充放電條件下的熱行為。發(fā)現(xiàn)不同失效程度的電池產(chǎn)熱量受電流的影響較大,小電流(0.1C)充放電下區(qū)別不大,而1.0C充放電下,電池產(chǎn)熱量隨失效程度增大而增加。長期擱置和循環(huán)均會導(dǎo)致電池容量的衰減和熱特性的改變。

此外,為滿足新一代電動汽車的需求,新型高比能鋰離子動力電池是備受關(guān)注的重要研究對象之一,尤其是以高鎳三元材料( LiNig. ,CooisMno.1sO2)為正極的鋰離子動力電池,其性能研究及熱行為分析方面的相關(guān)報(bào)道比較少,而在結(jié)合循環(huán)失效及電池產(chǎn)熱方面的相關(guān)報(bào)道更少。高鎳NCM材料循環(huán)衰減的原因來自于內(nèi)阻變化,循環(huán)后材料Li/Ni離子混排度增加,高溫循環(huán)使材料層狀結(jié)構(gòu)破壞,鋰離子遷移受阻;循環(huán)后材料出現(xiàn)微裂紋/裂紋或嚴(yán)重粉化現(xiàn)象,致使活性粒子接觸不良,增加電池內(nèi)阻和材料比表面積,加劇與電解液副反應(yīng);正極材料過渡金屬溶出并沉積在負(fù)極也會造成電池容量衰減。此外,負(fù)極表面SEI膜顯著增加,造成Li+消耗及電池內(nèi)阻增長。通過對正極材料進(jìn)行離子摻雜改性,可降低循環(huán)過程中晶格體積縮小風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而改善電化學(xué)性能及熱穩(wěn)定性。改善后,45℃循環(huán)1000次,容量保持率由80%上升至87%,循環(huán)性能有明顯提升。


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