【干貨】鋰電池NCM111材料失效機(jī)理最新研究

　　三元材料適不適合在電動(dòng)汽車上使用，現(xiàn)在還沒(méi)有定論，但是有一點(diǎn)是肯定的，那就是三元材料容量高，容易合成，是一種性能十分優(yōu)異的正極材料。三元材料目前面臨的最大的問(wèn)題是如何在較高的容量發(fā)揮的前提下保證材料的良好的循環(huán)壽命。目前的研究發(fā)現(xiàn)，影響三元材料循環(huán)壽命的因素有以下幾點(diǎn)

　　1）循環(huán)過(guò)程中表面晶體結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。

　　2）在循環(huán)過(guò)程中由于各向異性的體積膨脹導(dǎo)致的二次顆粒破裂。這些問(wèn)題可以通過(guò)二次顆粒微觀結(jié)構(gòu)的改性，表面包覆處理，對(duì)充放電程序進(jìn)行優(yōu)化進(jìn)行解決。

　　研究發(fā)現(xiàn)材料二次顆粒內(nèi)部的顆粒-顆粒的連接結(jié)構(gòu)會(huì)造成局部的電流密度上升，從而產(chǎn)生很大的應(yīng)力，從而影響材料的循環(huán)性能。同時(shí)顆粒內(nèi)部各個(gè)部分之間，也存在著充電狀態(tài)不一致的現(xiàn)象，這會(huì)影響電極的電化學(xué)性能。在針對(duì)NCA材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的研究中發(fā)現(xiàn)，在化成過(guò)程中，存在核殼結(jié)構(gòu)的嵌鋰過(guò)程，一般認(rèn)為在較小的電流密度下和足夠的靜置時(shí)間，這樣一個(gè)不均勻的擴(kuò)散過(guò)程可以消失。但是最新的研究發(fā)現(xiàn)，卻對(duì)此提出了質(zhì)疑。一般來(lái)說(shuō)電池的充電狀態(tài)SOC指的是整個(gè)電池的充電狀態(tài)，而斯坦福大學(xué)的William E. Gent等人通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了電極局部SOC的觀測(cè)，這對(duì)于研究電極內(nèi)部的不均勻性具有十分重要的意義。研究中發(fā)現(xiàn)，即使靜置170小時(shí)，在NCM二次顆粒中仍然觀察到了很高的Li+的不均勻性，在一個(gè)直徑1-3μm的二次顆粒內(nèi)部Li的濃度差別可以達(dá)到10%，這與我們所預(yù)想的狀態(tài)有很大的出入。William E. Gent認(rèn)為由于二次顆粒內(nèi)部的一次顆粒隨機(jī)排布，導(dǎo)致產(chǎn)生的應(yīng)力有很大的各向異性，從而導(dǎo)致了Li濃度在顆粒內(nèi)部的差異。這也導(dǎo)致了一個(gè)很大的問(wèn)題，顆粒局部的SOC值過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致局部過(guò)充，并加快該部分失效，從而導(dǎo)致材料整體的容量下降。

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