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高容量NCM811材料替代中低镍NCM材料

发布时间：2020/07/07 15:41:34 访问量：2464 次

高容量NCM811材料替代中低镍NCM材料是提升三元锂离子电池锂电池能量密度的有效方法。高镍NCM具有高比容量和低成本的优势，但也存在循环性能较差，热稳定性能差等缺陷，因而限制高镍NCM材料的产业化应用。为探究高镍NCM电极材料性能，以NCM811/石墨体系软包电芯为研究对象，对其进行常温及45℃充放电循环测试，使用凤谷锂电材料高温回转窑烧结粉体原材料，并分析不同温度条件下循环前后材料晶体结构、形貌等的变化，明确循环衰减的主要影响因素，并有针对性的提出改善方案。根据锂离子电池的热行为进行合理的热管理设计是保证锂离子电池安全、可靠运行的根本。
目前关于锂离子动力电池的热行为研究主要是针对新鲜电池(经化成、分容后的全新电池)，而对电池的安全性及电池热行为变化的研究应贯穿于电池的整个运行周期。因此，从电池设计、热管理设计以及其对电池性能及产热影响的角度考虑，电池在初始状态和长期应用后(电池阻抗增加和容量衰减)的热行为研究同等重要。Sato等[5]针对长期搁置存储后的18650型电池( LiNio.。Coo. is Al0o.o 02 ( NAT)/hard carbon)，采用量热仪研究了小倍率0.1C和1.0C充放电条件下的热行为。发现不同失效程度的电池产热量受电流的影响较大，小电流(0.1C)充放电下区别不大，而1.0C充放电下，电池产热量随失效程度增大而增加。长期搁置和循环均会导致电池容量的衰减和热特性的改变。

此外，为满足新一代电动汽车的需求，新型高比能锂离子动力电池是备受关注的重要研究对象之一，尤其是以高镍三元材料( LiNig. ,CooisMno.1sO2)为正极的锂离子动力电池，其性能研究及热行为分析方面的相关报道比较少，而在结合循环失效及电池产热方面的相关报道更少。高镍NCM材料循环衰减的原因来自于内阻变化，循环后材料Li/Ni离子混排度增加，高温循环使材料层状结构破坏，锂离子迁移受阻；循环后材料出现微裂纹/裂纹或严重粉化现象，致使活性粒子接触不良，增加电池内阻和材料比表面积，加剧与电解液副反应；正极材料过渡金属溶出并沉积在负极也会造成电池容量衰减。此外，负极表面SEI膜显著增加，造成Li+消耗及电池内阻增长。通过对正极材料进行离子掺杂改性，可降低循环过程中晶格体积缩小风险，进而改善电化学性能及热稳定性。改善后，45℃循环1000次，容量保持率由80%上升至87%，循环性能有明显提升。

标签：回转窑

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