【乾貨】聊聊三元材料的幾個問題點

2020-12-01 OFweek維科網

三種元素的作用和優缺點

NCM622材料結構示意圖

引入3+Co：減少陽離子混合佔位，穩定材料的層狀結構，降低阻抗值，提高電導率，提高循環和倍率性能。

引入2+Ni：可提高材料的容量(提高材料的體積能量密度)，而由於Li和Ni相似的半徑，過多的Ni也會因為與Li發生位錯現象導致鋰鎳混排，鋰層中鎳離子濃度越大，鋰在層狀結構中的脫嵌越難，導致電化學性能變差。


圖中(b)給出了Ni和Li的混排示意圖

引入4+Mn：不僅可以降低材料成本，而且還可以提高材料的安全性和穩定性。但過高的Mn含量會容易出現尖晶石相而破壞層狀結構, 使容量降低，循環衰減。

三元材料高PH影響？

我們都知道，高Ni三元材料是未來高能量密度動力電池應用方向，可是為何一直用不好呢？這其中一個最重要的原因就是材料鹼性大，漿料吸水後極容易造成果凍。其對生產環境和工藝控制能力的要求，我們壓根就用不好。降低表面殘鹼含量對於三元材料在電池裡的應用具有非常重要的意義。

高Ph來自於哪裡？這是因為三元材料合成中鋰鹽過量，多餘的鋰鹽在高溫煅燒後的產物主要是Li的氧化物，與空氣中的H2O和CO2反應再次生成LiOH和Li2CO3，殘留在材料表面，使材料的pH 值較高。

此外，在高Ni體系中由於化合價平衡的限制，使材料中Ni有一部分以3+的形式存在，而多餘的Li 在材料表面易形成LiOH和Li2CO3，Ni含量越高表面含鹼量越大，勻漿和塗布過程中越容易吸水造成漿料果凍狀。

同時, 需要注意的是這些殘留的鋰鹽不僅電化學活性較大, 而且因碳酸鋰等在高壓下分解導致電池充放電過程中電池的產氣現象。

如何降低三元材料的PH？

一般從源頭來控制前驅體的PH和生產環境，降低鋰鹽比例，調整燒結制度，讓鋰能快速擴散到晶體內部。對材料水洗，然後二次燒結降低表面殘鹼含量，但相應的會損失一部分電性能。表面包覆也是降低三元材料表面殘鹼含量的有效方法。

相關焦點

  • 三元鋰電池壽命是多久_三元鋰電池壽命問題解析
    打開APP 三元鋰電池壽命是多久_三元鋰電池壽命問題解析 發表於 2018-01-25 10:23:02 三元鋰電池概況 由於構成鋰電池的電解質材料各有不同，鋰離子電池也被劃分為三元鋰電池和液態鋰離子電池兩種。
  • 高鎳三元材料仍是主流 電池熱穩定性持續提升
    高鎳三元材料仍是主流　　目前，新能源汽車主要採用的是鋰離子電池，主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液四部分組成，其中，正極材料是提升電池性能的關鍵，根據使用材料不同，分為鈦酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)六種。NCM、NCA就是俗稱的三元鋰電池。
  • 改性 從三元前驅體材料開始
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】正極材料看三元，三元材料看前驅體。三元前驅體材料是生產三元正極的關鍵性材料，通過與鋰源混合燒結製成三元正極，其性能直接決定三元正極材料核心理化性能。三元前驅體材料對三元正極材料的影響前驅體雜質會帶入正極材料，影響正極雜質含量；前驅體粒徑大小、粒徑分布直接決定三元正極粒徑大小、粒徑分布；三元前驅體比表面積、形貌直接決定三元正極比表面積、形貌；三元前驅體元素配比直接決定三元正極元素配比等。
  • 錳酸鋰、三元材料、磷酸亞鐵鋰_三類鋰電池材料特性對比
    錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。在這種趨勢下，以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料製備而成的鎳鈷錳酸鋰三元材料漸漸受到推崇。從化學性質角度出發，三元材料屬於過度金屬氧化物，電池的能量密度較高。 　　儘管在三元材料中，鈷的作用仍不可缺少，但質量分數通常控制在20%左右，成本顯著下降。而且同時兼具鈷酸鋰和鎳酸鋰的優點。隨著近年來國內外廠商不斷加碼生產，以三元材料為正極材料的鋰電池取代商用鈷酸鋰的趨勢已十分明顯。
  • 潮溼空氣對高鎳三元材料的影響
    為滿足動力電池對高能量密度的不斷追求，三元材料持續向高鎳方向發展，更高的Ni含量在為材料在帶來更高的容量的同時，也會導致三元材料的界面穩定性降低，這一方面會導致材料更加容易與空氣中的水分、CO2等發生反應，另一方面也會導致電解液更容易在正極表面發生分解，從而引起電池產氣的問題。
  • 新能源汽車三元鋰電池中的「三元」,你知道是哪三元嗎?
    原來我們說過，三元鋰電池正極材料有很多種，但主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等，裡面（鎳、鈷、錳）的比例可以根據實際需要調整。三元材料指的就是鎳、鈷、錳三種元素，業內簡稱NCM，鎳鈷錳三元電池材料做正極的電池相對於鈷酸鋰電池安全性要高。
  • 成本+安全 5/6系三元材料今年或將再起勢
    貌似中鎳三元有點不受待見了，實則非然。中鎳三元材料正在以另一種「形貌」出現，並大有反攻之勢。那就是單晶中鎳三元體系。從電池生產企業來看，2020年寧德時代、欣旺達、瑞浦能源、領湃新能源都推出了基於中鎳的單晶三元電池；材料端，單晶5系、6系已成為當升科技、格林美、中偉股份、長遠鋰科、貴州振華、容百科技、廈門鎢業等眾多正極材料企業的拳頭產品。
  • 鋰電池鎳鈷錳三元材料最新研究進展
    鎳鈷錳三元材料是近年來開發的一類新型鋰離子電池正極材料，具有容量高、循環穩定性好、成本適中等重要優點，由於這類材料可以同時有效克服鈷酸鋰材料成本過高、錳酸鋰材料穩定性不高、磷酸鐵鋰容量低等問題，在電池中已實現了成功的應用，並且應用規模得到了迅速的發展。
  • 三元乙丙膠料與少量丁苯膠製備橡膠發泡材料的技巧
    三元乙丙橡膠具備優異的耐高低溫、抗老化性能，生產出來的橡膠發泡材料被廣泛用於緩衝、減震、保溫、隔音等各領域；然而三元乙丙發泡材料在使用過程中耐磨性差、易打滑；為提高三元乙丙發泡材料耐磨性與止滑性，橡膠製品廠家在其配方中添加丁苯橡膠，進一步提高發泡材料的耐磨性等；那麼三元乙丙/丁苯橡膠並用生產發泡材料又該注意哪些問題呢？
  • 簡析鋰電池三元材料前軀體製備工藝
    但是隨著對鋰離子電池性能指標要求的進一步提升，這些材料已經無法滿足要求，三元材料孕育而生。　　三元材料主要指的是鎳鈷錳鋰材料（NCM），它最大的優點是容量高，例如NCM811材料容量可以達到220mAh/g左右，相比於鈷酸鋰（140mAh/g）有了明顯的提升，並且NCM材料還有高壓潛力，可以充電至4.35V，同時由於錳的加入也降低了材料的成本。
  • 高鎳三元時代即將到來!一文了解為何鎳在高鎳三元材料中脫穎而出!
    相應的，預計今年的鋰電池正極材料中三元材料的使用增長率會得到進一步提升，高鎳三元材料企業的產能逐步建設完成，後續對鎳需求也會進一步增加！ 　　電動汽車高鎳三元時代的到來已毋庸置疑，但你真的了解高鎳三元嗎？這次，SMM小編就帶大家來一探究竟！ 　　何為三元正極材料？
  • 三元NCM材料在循環過程中交流阻抗變化
    三元材料相比於傳統的LCO材料具有更高的容量和更好的循環壽命，因此隨著動力電池產業的快速發展，三元材料（NCM）快速崛起，成為目前主流的動力鋰離子電池正極材料之一。三元材料在循環過程中也會持續的發生衰降，這種衰降主要體現在兩個方面：1）界面阻抗的抗持續增加，導致電池極化增加；2）正極活性物質損失，引起電極容量衰降。近日，中科院檢驗檢疫研究院的Haiqing Xiao（第一作者）和Hua Bai（通訊作者）等人對NCM電池在循環過程中交流阻抗特性的變化進行了研究，測試結果表明隨著充放電電流的增大，電池的衰降速度也明顯增加。
  • 鋰離子電池高鎳三元正極材料的產業現狀與未來發展的幾點建議
    鋰電池正極材料保持高速增長，並逐漸向三元材料等高能量密度材料發展商業化鋰離子電池正極材料特點高鎳三元材料能量密度高，續航裡程長，但鎳含量的提高遇到其他問題，如安全問題。當前動力電池正極材料技術路線之爭三元NCM/鈦酸鋰負極由於碳負極可能存在鋰枝晶的生成造成的安全性問題以及循環壽命問題，目前有些動力電池廠家採用三元NCM/鈦酸鋰負極組合，該種組合安全性好、充放電倍率高，循環壽命長(可達5000-10000次)。
  • 三元正極材料供應商 振華新材衝刺科創板
    該公司核心產品為鎳鈷錳酸鋰三元正極材料，主要應用於新能源汽車動力電池市場，寧德時代是其第一大客戶。振華新材此次IPO擬募資12億元，主要用於擴產，即建設鋰離子電池正極材料生產線（沙文二期）、鋰離子動力電池三元材料生產線建設（義龍二期）。
  • 磷酸鐵鋰還是三元電池?這是個問題
    磷酸鐵鋰電池還是三元電池好？答案五花八門。 電池圈有句話：「如果一種電池優點很明顯，那麼它的缺點一定也很突出。」對於路線問題，這個答案既不得罪人，還非常科學。確實，人類至今沒能發明出完美的電池。鉛酸電池穩定可靠，可惜笨重、壽命短。鈦酸鋰安全性好，壽命長，但是能量密度太低。正是因為這些基礎的材料特性，每種電池都有自己更適合的應用場景。
  • 三元鋰電池工作原理_為何三元鋰電池在商用車上被禁用
    三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池，三元複合正極材料前驅體產品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，裡面鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整，三元材料做正極的電池相對於鈷酸鋰電池安全性高，但是電壓太低，用在手機上（手機截止電壓一般在3.0V左右）會有明顯的容量不足的感覺。
  • 熔鹽法再生修復退役三元動力電池正極材料
    1 C條件下循環100次後,放電比容量為132. 6 mA·h/g，相比於未處理的廢棄三元正極材料，倍率性能和循環性能得到大幅度提高，與商業NCM523材料相差無幾。本研究有助於推動廢舊三元正極材料回收產業化推廣，也為回收再生其它的鋰電池正極材料，例如錳酸鋰、磷酸鐵鋰等材料的綠色回收提供了獨特的思路，此方法在鋰電池回收領域有良好的應用前景。
  • 三元鋰電池的三元指的是什麼_三元鋰電池的前景
    三元鋰電池的三元指的是什麼_三元鋰電池的前景 網絡整理 發表於 2020-03-28 11:42:23 　　三元鋰電池的三元指的是什麼 　　用三元材料作為正極材料的動力鋰電池近年來憑藉其容量高、循環穩定性（電池壽命
  • 三元鋰電池:到底是哪三元?
    何為「三元"三元鋰電池（Ternary Lithium Battery），是指以鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰為正極材料，以石墨為負極材料，以六氟磷酸鋰為主的鋰鹽作為電解質的鋰電池。三元鋰電池，採用的就是以其正極材料來命名，因為其正極材料包含了鎳、鈷、錳/鋁三種金屬元素，因此得名「三元」。需注意的是，鈦酸鋰電池是個例外，雖然其正極也有三種金屬元素，但其負極是鈦酸鋰而不是一般的石墨，所以不屬於一般的三元鋰電池。
  • 三元正極材料供應商
    振華新材衝刺科創板
    振華新材目前主要研發方向包括低成本三元前驅體、一次顆粒大單晶三元材料、無鈷鎳錳二元材料、高電壓鈷酸鋰等材料開發及基礎研究等方面。公司預計未來三元正極材料仍將是動力電池採用的主流技術路線，三元正極材料行業逐漸向低鈷\無鈷化、高鎳化方向發展。