如何提高三元材料的安全性
发布日期:2020.06.18 访问量:113 来源:粉体网

三元电池材料,是指由三种电极材料共融而成的复合电极材料,理论上兼具每种电极材料的特性和优势。镍钴锰酸锂(LiNixCoyMn1-x-yO2)是目前最主流的三元电池材料,也被认为是未来的发展趋势。其以钴盐、锰盐、镍盐为原料,通过调配钴、锰、镍三者的比例,来获得不同的电极特性。


相比磷酸铁锂和低镍三元材料,高镍三元材料由于镍元素比例的提高,在比能量上有更大的优势。从333、532,到622,再到811(镍、钴、锰三者的比例),近年随着研发的投入,三元材料高镍进程“根本停不下来”。


然而随着镍含量的提高,三元电池安全性的问题也一直困扰着业界。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。


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。


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目前,虽然发展高镍三元电池材料的“调子”已定,为了在保持其高比能量的同时,兼顾循环寿命和安全性,国内材料和电池企业可谓是苦心造诣,其安全问题仍在持续解决中。专家表示,三元高镍材料的安全性可以通过材料改性优化、表面包覆和调整电解液等方式来逐步解决。


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。


④采取添加剂优化电解液,可以有效地促进电极材料表面上形成高质量的表面膜,同时抑制电解液的氧化分解。


⑤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。


⑥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。


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。此外,业内人士指出,高镍三元材料电池对制造环境、生产设备、电芯制造工艺等方面也提出了更高的要求。


目前,高镍三元材料的安全性和生产工艺是电池研发和产业化的难点,这也是当前和今后一段时间电池研发的热点方向。如能研究出更好的方法解决高镍三元材料的安全性的问题,将极大地促进高能量密度三元材料的产业化进展,早日实现2020年锂离子电池的单体能量密度为350Wh/kg的目标


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