三元单晶材料与二次颗粒三元材料性能对比

2018-08-27 11:35:44· 来源：锂电联盟会长

大家好，锂电老李好久不见，现在终于复出啦，继续给大家带来锂电方面的基础知识介绍。随着新能源行业的不断发展，人们对动力电池的要求也越来越高，随之而来的三元材料中镍含量的提升，但由此带来的正极材料稳定性问题、电解液匹配问题、大电流充电温升过高等引发的电池失效也越来越受到人们的关注，因此，单晶材料应运而生，不仅仅增强了正极材料的稳定性，也可以将整个体系的电压提升到一个新的高度，在更高镍材料并未完全占领市场的情况下，为更高能量密度的需求提出了一个解决方案。

同时，还提供了另外一种三氧化二铝包覆的NCM523，通过这三种材料的性能和结构对比，来展示单晶材料的优缺点以及未来的发展方向。

UC（未包覆）和SC（单晶）的XRD测试数据如上图所示，左图表面两种材料的晶格参数非常的相似，右图为局部放大图，SC-532样品中（104）反射的Kα1和Kα2峰与UC-532样本相比，具有更窄的峰值宽度，这表明SC-532与UC-532相比具有更大的晶粒尺寸。

为了进一步确认单晶颗粒的结构特征，分别对SC材料进行了纵剖面SEM、电子背散射衍射等测试，测试结果表明，材料中的单晶还是很多的，一些大颗粒含有少量的多晶结构。

另外，对三种材料进行了不同电压的扣电半电池测试以及容量微分曲线的分析，测试结果如下所示，单晶材料的容量和不可逆容量并没有体现出明显的优势，三种材料的曲线也是比较相似的，没有太明细的区别，这就说明将材料做出单晶并没有从本质上改变材料的内部特性。

上图展示的是不同化学计量比、不同烧结温度下材料的形貌变化，从图中可以看出，在烧结温度为970℃，化学计量比为1.25时，材料展示出了较好的晶型，温度太高或者太低、化学计量比的变化，都会影响材料的形貌。

将三种材料和石墨组装成小软包电池，添加不同的电解液添加剂，然后对电池进行循环性能测试，单晶材料在不同的添加剂情况下都表现出了良好的库伦效率，另外也可以看出，PES211这种添加剂具有较好的循环性能。

利用原位的方法测量电池在高电压下的产气行为，结果表明，单晶材料的产气较少，表明材料具有良好的稳定性。

采用PES211电解质的SC-532和AC-532电池用等温微量量热法研究，通过分离寄生热流的寄生反应，测量来自细胞的热流。当电流被应用于一个单元时，测量的热流来自电压极化以及熵。在3.9 V和4.2 V之间，黑线显示总测量值。在充电（固体）和放电（虚线）中的热流，绿色和蓝线显示过热流，红线显SC523在所有电压下具有比AC-532细胞更低的平均寄生热流。这表明SC-532电池应该具有更长的寿命。

图中可以看出对所有带电电极材料均观察到200和350℃。峰值电荷随荷电状态的增加而增大。
电极材料（电池的上限截止电压越高）。这个从带电材料的大部分中释放氧气是相关的。随着NMC532从层状（LyxMO2，M= Ni）的降解，
Mn和Co）结构为岩盐（LIXM1-XO）结构。9E和9F显示小氧释放峰以80℃为中心。检测AC-532和UC-532材料的电荷和峰，随着上限截止电压的增加，强度显著增加。相反，这个峰值没有检测到带电SC-532样品。通过阿伦尼乌斯动力学，使表面氧释放速率。例如，即使在40℃也不为零。在电解质中，氧原子或自由基可能与电解质反应之前O2分子可以形式。荷电钪在80℃时氧释放峰的缺失532个样品表明带电单晶NMC532材料与电解质相互作用时具有更好的结构稳定性多晶NMC532材料。