资讯

混合型正极材料将成未来动力电池技术发展重点

发布时间: 2015-04-07 08:51:09    来源: 高工锂电网
字体:

[摘要]此前的动力电池正极材料较为单一,而一种材料往往无法使电池性能达到最优。随着电池技术的不断发展,在动力电池的实际生产中,混合型正极材料已经有较为广泛的应用。本文着重介绍一些混合型动力电池正极材料的新趋势。

 

  此前的动力电池正极材料较为单一,而一种材料往往无法使电池性能达到最优。随着电池技术的不断发展,在动力电池的实际生产中,混合型正极材料已经有较为广泛的应用。本文着重介绍一些混合型动力电池正极材料的新趋势。

  1.混合型正极材料(Blend cathode materials

  在动力电池的实际生产中,混合型正极材料有很广泛的应用。将两种甚至三种不同类型的正极材料混合用于动力电池的基本思想,是希望在混合正极材料上取得相对于单一正极材料更加均衡的电化学性能,这就需要不同材料优势互补,从而提升正极材料的整体电化学性能。

  在混合型正极材料里面,锂离子在主材料中的嵌入/脱出行为可能会受到另外一种辅助正极材料的影响,甚至锂离子扩散系数和其它材料物性,这些因素都将影响混合型正极材料的充放电曲线。事实上,混合型正极材料主要效果之一就是改善充放电曲线和放电电压(或者state-of- charge, SOC)。

  此外,将不同粒径和粒径分布的正极材料相互混合可以获得优化的双峰分布,使得材料颗粒之间的空隙得到充分利用从而提高电极压实密度,进一步提升电池的能量密度。

  就正极材料混合体系而言,几乎所有的正极材料之间的相互混合组合都被研究过。经过较长时间的试验和筛选,尖晶石(LMO)混合层状材料(NCA, NMC)、层状材料(LCO,NMC)混合尖晶石、层状材料(NCA,NMC)混合橄榄石(LFP, LFMP)以及层状材料混合层状材料这四种体系获得了实际应用。

  2. 尖晶石(LMO)/层状材料(NCA, NMC)混合体系

  尖晶石(LMO)混合一定比例的层状材料(NCA, NMC)是目前动力电池上应用得最为广泛的一个正极材料解决方案。LMO混合适量的NCA或者NMC,主要的优点体现在下面几个方面:

  ·LMO中Mn的溶解可以得到一定程度的抑制。Mn的溶解是导致LMO高循环和存储性能变差的主要原因,Mn的溶解与电解液中痕量的HF有很大关联。层状材料NCA或者NMC由于表面的残碱(Li2CO3、LiOH)含量较高,可以适当中和电解液中的HF。掺混10-30%NCA或者NMC以后,Mn的溶解得到了明显抑制,混合正极的高温循环和存储性能都得到了一定的改善。

  ·LMO混合适量的NCA以后,在高倍率条件下的平均放电电压更高,而且倍率性能比单一的LMO或者NCA都要出色。另外,LMO混合适量的NCA或者NMC,还可以提高电芯的能量密度,这些优点无疑对动力电池的实际应用具有现实意义。

  但是笔者认为,对尖晶石混合层状材料这个体系需要仔细分析。由于LMO的平均工作电压高于NCA或者NMC,那么在充电过程中,锂离子首先是嵌入到NCA/NMC中,然后才是嵌入到LMO。也就是说,当充电到截至状态时NCA或者NMC有可能被过充。而放电过程则相反,锂离子首先是从LMO中脱嵌,然后才是从NCA/NMC中脱出。当放电到较低电压时,LMO有可能被过度还原。也就是说,在LMO混合三元材料过多的情况下,当放电截止电压过低时,一部分NMC中的锂离子可能进入LMO的3V平台而导致LMO结构受到破坏,影响电池的循环性能。

更多推荐

专家专栏

企业专题

热门文章

展会沙龙

󰀗返回顶端