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江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 2020-07-07 點擊483次
高容量NCM811材料替代中低鎳NCM材料是提升三元鋰離子電池鋰電池能量密度的有效方法。高鎳NCM具有高比容量和低成本的優(yōu)勢，但也存在循環(huán)性能較差，熱穩(wěn)定性能差等缺陷，因而限制高鎳NCM材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。為探究高鎳NCM電極材料性能，以NCM811/石墨體系軟包電芯為研究對象，對其進行常溫及45℃充放電循環(huán)測試，使用鳳谷鋰電材料高溫回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)粉體原材料，并分析不同溫度條件下循環(huán)前后材料晶體結(jié)構(gòu)、形貌等的變化，明確循環(huán)衰減的主要影響因素，并有針對性的提出改善方案。根據(jù)鋰離子電池的熱行為進行合理的熱管理設(shè)計是保證鋰離子電池安全、可靠運行的根本。
目前關(guān)于鋰離子動力電池的熱行為研究主要是針對新鮮電池(經(jīng)化成、分容后的全新電池)，而對電池的安全性及電池?zé)嵝袨樽兓难芯繎?yīng)貫穿于電池的整個運行周期。因此，從電池設(shè)計、熱管理設(shè)計以及其對電池性能及產(chǎn)熱影響的角度考慮，電池在初始狀態(tài)和長期應(yīng)用后(電池阻抗增加和容量衰減)的熱行為研究同等重要。Sato等[5]針對長期擱置存儲后的18650型電池( LiNio.。Coo. is Al0o.o 02 ( NAT)/hard carbon)， 采用量熱儀研究了小倍率0.1C和1.0C充放電條件下的熱行為。發(fā)現(xiàn)不同失效程度的電池產(chǎn)熱量受電流的影響較大，小電流(0.1C)充放電下區(qū)別不大，而1.0C充放電下，電池產(chǎn)熱量隨失效程度增大而增加。長期擱置和循環(huán)均會導(dǎo)致電池容量的衰減和熱特性的改變。
此外，為滿足新一代電動汽車的需求，新型高比能鋰離子動力電池是備受關(guān)注的重要研究對象之一，尤其是以高鎳三元材料( LiNig. ,CooisMno.1sO2)為正極的鋰離子動力電池，其性能研究及熱行為分析方面的相關(guān)報道比較少，而在結(jié)合循環(huán)失效及電池產(chǎn)熱方面的相關(guān)報道更少。高鎳NCM材料循環(huán)衰減的原因來自于內(nèi)阻變化，循環(huán)后材料Li/Ni離子混排度增加，高溫循環(huán)使材料層狀結(jié)構(gòu)破壞，鋰離子遷移受阻；循環(huán)后材料出現(xiàn)微裂紋/裂紋或嚴(yán)重粉化現(xiàn)象，致使活性粒子接觸不良，增加電池內(nèi)阻和材料比表面積，加劇與電解液副反應(yīng)；正極材料過渡金屬溶出并沉積在負(fù)極也會造成電池容量衰減。此外，負(fù)極表面SEI膜顯著增加，造成Li+消耗及電池內(nèi)阻增長。通過對正極材料進行離子摻雜改性，可降低循環(huán)過程中晶格體積縮小風(fēng)險，進而改善電化學(xué)性能及熱穩(wěn)定性。改善后，45℃循環(huán)1000次，容量保持率由80%上升至87%，循環(huán)性能有明顯提升。