常用正极材料的特性对话

2019-06-11      962 次浏览

LCO:二维层状结构,理论容量274。资源有限,贵,表面光滑。索尼推出的第一种锂离子电池产品采用的正极材料就是钴酸锂。锂电泰斗人物Goodenough最早研究的了这种材料。值得注意的是LiCoO2中Co的比例低于0.5时结构不稳定会发生坍塌,故其在4.2V下实际容量是140-145mAh/g之间。

LNO:二维层状结构,理论容量274。循环性能差,因为NI离子半径与锂离子半径大小相差不大,容易产生错位,造成阳离子混排,出现容量衰减。同时,镍含量越高,其对生产的要求越严格。

LM2O4:三维框架结构,理论容量148。尖晶石结构,可以方便其大倍率放电,所以可以做成较大粒径的。但是容量低,电压平台较低,电压高时容易导致Mn的溶解,导致结构坍塌。LMO电池在高温下性能不如LCONCM三元,其原因是高温下Mn的歧化和电解质在LMO表面的反应所致。

LFP:一维隧道结构,理论容量170。锂离子只能在隧道间脱嵌,倍率性能差。但是安全性很好,所以一般通过纳米化来提高倍率性能,或者利用三价铁前驱体包覆碳烧结还原得到,可以提高倍率性能。LFP的纳米化使其真是密度很低,应用于锂电池后无法提高比能量。电压平台低3.45V。

NCM三元:层状结构。Mn降成本,层状结构支撑物质,提高安全性;Co稳定杆三元层状结构,抑制LINi混排,改善循环寿命和倍率性能。镍含量的逐步上升会增加材料的放电容量,同时也会加剧阳离子混排,导致结构稳定性变差进而损害材料电化学性能。

NCM三元材料种类主要有以下几种,主要是镍、钴、锰三种元素含量配比的变化,随着市场对电池容量的要求提高,三元材料逐渐转向富镍的材料,这样带来的结果是,材料的克容量越来越高,但是不稳定性也越来越高。

NCM111:倍率性能差、导电性弱,最开始采用的三元材料。

NCM424

NCM523

NCM622

NCM721

NCM811:主要是加工过程中容易出现问题,原因还是因为其更容易与空气中的水分和二氧化碳发生反应,其表面pH值较高。在制浆过程中PVDF容易受到碱性基团的攻击,发生双分子消去反应,形成碳碳双键。碳碳双键的形成,会引起浆料粘度增大,所以在加工制浆过程中要严格控制环境条件。

NCA:NCA材料的表面碱性较高,电极浆料粘度不稳定,容易出现粘度增加甚至产生果冻现象,导致电池极板制作过程中的涂覆性能较差;NCA材料对湿度敏感,容易吸潮,并且材料中的Li2O持续与CO2反应,导致材料性能劣化甚至失效。因此在电池生产过程中,电极浆料、极板、卷芯等对水分非常敏感,整个生产环境对湿度的要求比较苛刻,导致设备投入和生产成本较高。

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