镍含量影响锂电池性能

目前,三元锂电池已成为市场的主流,其正极材料是由镍钴锰锂四种元素组成的。Ni表现高的容量,低的安全性;Co表现高成本,高稳定性;Mn表现高安全性、低成本。那镍含量的高低对锂电池性能有怎样的影响呢?

锂电池图片

三元锂电池性能主要取决于内部微观结构(颗粒形态和体积结构稳定性)和物理化学性质(锂离子扩散系数、电子传导率、体积膨胀率和化学稳定性)的影响。而Ni增加使循环性能变差;热稳定性变差;充放电过程中表面反应不均匀;反应产物中存在大比例的二价镍离子,导致材料呈氧化性,缓慢氧化电解质,过程中放出气体。

随着镍含量的提高,锂电池正极材料的稳定性随之下降。主要表现形式是循环充放电的容量损失和高温环境容量加速衰减。在锂电池循环过程中存在的容量衰减因素主要有阳离子混排、应力诱导微裂纹、引入的杂质及导电炭黑的重新分布等。而锂电池长时间的使用或在高温环境下运行,将会使镍离子失活,无法参与电荷的平衡,造成高温容量衰减。

随着新能源汽车慢慢的取代传统的燃油车,人们也对汽车续航里程要求越来越高,这意味着锂电池能量密度需要快速提升。高镍811虽然有较高的能量密度,但是安全性能较差。因此科学家已经研究出了正极材料可以掺杂稀土元素(镧、铈、镨、钕等)或纳米级的过渡金属化合物(氧化钨、氧化钼及硫化钼等)进行改性 ,提高电池的安全性能。

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