鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:2923次 | 2019年04月26日
復(fù)合三元包覆材料的選擇
層狀鎳鈷錳酸鋰(NCM)或鎳鈷鋁酸鋰(NCA)三元材料由于其具有放電容量大、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)已成為目前最具發(fā)展前景的電動(dòng)汽車用動(dòng)力鋰離子電池正極材料之一。并且,隨著鎳(Ni)含量的增加,三元材料的比容量、能量密度增大,因此,高鎳系三元材料是未來三元材料的發(fā)展方向。目前,限制三元材料發(fā)展的主要因素包括:
(1)隨著Ni含量的增加,材料的循環(huán)性能變差;
(2)隨著Ni含量的增加,材料表面殘Li量增加,從而導(dǎo)致材料可加工性能變差;
(3)隨著Ni含量的增加,材料熱穩(wěn)定性變差。
目前,主要采用離子摻雜、表面包覆以及電解液添加劑等措施改善三元材料的上述缺陷。其中,表面包覆是改善三元材料上述缺陷的一種重要手段,包覆層種類和包覆手段是決定包覆效果的關(guān)鍵因素。最佳的包覆層材料需要具備以下特征:
(1)材料具備良好的電化學(xué)活性及良好的電子導(dǎo)電性;
(2)材料的一次顆粒均一且顆粒尺寸越小越好,如果材料形成了二次顆粒則需具備易分散特性;
目前,工業(yè)上普遍采用Al2O3或SiO2濕法或干法包覆三元材料。但上述包覆層材料的電子導(dǎo)電率和鋰離子遷移率均較低并且不具備電化學(xué)活性,并不是理想的包覆層材料。
磷酸鐵鋰(LFP)由于其具有比容量高、循環(huán)壽命長、成本低等優(yōu)點(diǎn)是目前商用的動(dòng)力鋰離子電池正極材料之一。經(jīng)過表面碳包覆后的LFP具有較高的電子導(dǎo)電率和鋰離子遷移率,并且LFP本身即為鋰離子電池正極材料,具有良好的電化學(xué)活性,因此將其作為包覆層包覆于三元材料表面形成三元材料@LFP核殼結(jié)構(gòu)材料,可在不降低本征材料容量的同時(shí)提高其熱穩(wěn)定性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。
針對上述情況,威旭鋰電利用自主開發(fā)的水熱合成工藝,開發(fā)出一款三元材料表面包覆層材料磷酸鐵鋰產(chǎn)品,其具有:
(1)導(dǎo)電性能優(yōu)異(電導(dǎo)率1~10-1S/cm),碳包覆均勻;
(2)一次顆粒呈均一的短棒狀,粒徑<100nm;
(3)二次顆粒為軟團(tuán)聚形成,易分散;
(4)產(chǎn)品純度高,無磁性雜質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。
以該款產(chǎn)品作為包覆材料,采用物理方式將其均勻的包覆于三元材料表面,可有效阻隔循環(huán)過程中,電解液對三元材料活性物質(zhì)的腐蝕,提高材料的熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性能;并且由于LFP本身即為鋰離子電池正極材料,采用此款材料進(jìn)行包覆可保證本體材料的容量不受影響。
采用該款產(chǎn)品包覆商用NCM523正極材料制備NCM523@LFP,以此作為正極材料制成4Ah軟包電池進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明:
(1)在充電截止電壓4.2V條件下,克容量發(fā)揮與未包覆的NCM523相當(dāng);
(2)在充電截止電壓4.35V和4.45V,克容量發(fā)揮分別達(dá)到了170mAh/g以上和180mAh/g以上。
(3)包覆的三元材料的循環(huán)性能、安全性能較未包覆的產(chǎn)品有較大提升。
威旭鋰電運(yùn)用自有專利技術(shù)定制打造的該款磷酸鐵鋰產(chǎn)品,是復(fù)合三元材料包覆層材料的最佳選擇。