А как насчет тройных материалов для литиевых батарей?

Стоимость анодных материалов в литий-ионных батареях составляет около 40%, а стоимость анодных материалов - всего около 5%. Таким образом, можно видеть, что анодные материалы играют важную роль в литий-ионных батареях. Анодные материалы в основном делятся на три категории: слоистая структура, структура шпинели и структура оливина. Типичными материалами со структурой шпинели и оливина являются LiMn2O4 и LiFePO4, а типичными материалами со слоистой структурой являются LiMO2 (M = Ni, Co, Mn) и тройные материалы.

Введение в тройные анодные материалы

В 1999 г. ZhaolinLiu et al. из национального университета Сингапура впервые предложили трехслойные материалы Li (Ni, Co, Mn) O2 с различными компонентами. Благодаря синергетическому эффекту ni-co-mn они объединили преимущества хорошей циркуляции LiCoO2, высокой удельной емкости LiNiO2 и низкой стоимости и безопасности LiMnO2.

В случае электромобилей для дальнейшего развития требуется более высокая мощность аккумулятора, а тройные материалы имеют более высокую энергию и обещают лучшую долговечность, чем LFP, который широко используется в аккумуляторных батареях. В настоящее время цена на электромобили в отрасли очень высока, и высокая стоимость аккумуляторной батареи является одной из важных причин, на которую приходится почти половина стоимости всего автомобиля.

Материал тройного анода имеет более длительный срок службы, поэтому аккумуляторную батарею можно использовать дольше, что повышает экономичность электромобилей. Однако в январе прошлого года государство приостановило использование тройных литий-ионных батарей в легковых автомобилях, в основном из-за нестабильных характеристик безопасности тройных материалов. В конце концов, в условиях сегодняшнего бурного роста знаний ничто не может помешать людям исследовать новые технологии, кроме безопасности.

При изменении соотношения трех элементов ni-co-mn тройные материалы можно грубо разделить на два типа: изотип Ni: Mn и богатый никелем тип. В первом случае Co равен +3, Ni равен +2, а Mn равен +4. Инвариантная валентность Mn играет роль в стабилизации структуры. При зарядке Ni теряет 2 электрона, сохраняя емкостные характеристики материала.

Для увеличения емкости аккумулятора и увеличения содержания никеля его называют никелевым типом. В таких материалах Co имеет валентность +3, Ni - валентность + 2 / + 3, а Mn - валентность +4. Когда напряжение зарядки ниже 4,4 В (относительно Li + / Li), Ni + 2 / + 3 окисляется с образованием Ni + 4. Продолжайте заряжать. При высоком напряжении Co3 + реагирует с образованием Co4 +. При напряжении 4,4 В, чем выше содержание Ni, тем выше обратимая способность материала.

NCA, образованный заменой Mn4 + на Al3 +, также принадлежит к тройному материалу с высоким содержанием никеля. Al3 +, как и Mn4 +, имеет такое же стабильное валентное состояние, и содержание Co влияет на ионную проводимость материала. На рисунке 2 сравниваются свойства тройных материалов различных компонентов.

Рисунок 2: взаимосвязь между удельной емкостью разряда, термической стабильностью и скоростью сохранения емкости тройных материалов с различными компонентами.

Как видно из рисунка, с увеличением содержания Ni удельная емкость точки разряда увеличилась со 160 мА · ч · г-1 до более чем 200 мА · ч · г-1, а термическая стабильность и коэффициент сохранения емкости уменьшилось.

3. Проблемы, существующие в тройных материалах.

· Влияние повышенного содержания Ni

Увеличивая содержание Ni в тройных материалах, можно увеличить емкость батареи. Однако округлость и термическая стабильность ухудшаются. Когда содержание Ni увеличивается, во время процесса REDOX произойдет фазовый переход, что приведет к ослаблению емкости. Увеличение содержания Ni также снижает температуру термического разложения и увеличивает тепловыделение, что приводит к плохой термической стабильности материала. Для материалов с высоким содержанием никеля Li [NixCoyMnz] O2 материалы с x> 0,6 легко реагируют с CO2 и H2O в воздухе с образованием Li2CO3 и LiOH, первый является основной причиной надувания газа, а последний будет реагировать с LiPF6 в электролит. Чем выше x, тем сильнее эффект.

· Согласование с электролитом

Реакция и перенос заряда на границе раздела материалов электролита и анода будут влиять на характеристики литий-ионных батарей, а коррозия активных материалов и разложение электролита серьезно повлияют на перенос заряда на границе раздела электрод / электролит.

· Неравномерная поверхностная реакция

SooyeonHwang [3] и др. из Корейского института науки и технологий обнаружил, что структура NCA будет меняться во время зарядки, и Li с поверхности частиц с большей вероятностью будет выходить наружу, что приведет к неравномерной структуре кристаллов и частиц на поверхности. Такое изменение приведет к быстрому ослаблению емкости и увеличению импеданса материала.

4. Направление исследований и разработок тройных материалов.

Профессор Ай Синьпин из Уханьского университета сделал прогноз для следующего поколения аккумуляторных батарей. Он упомянул, что для аккумуляторной системы с NCM и NCA в качестве положительного электрода и графитового углерода в качестве отрицательного электрода несложно достичь краткосрочной цели 150 ~ 170 Втч / кг, но безопасность является основным препятствием для ее загрузки. .

В дальнейшем развитии стоит изучить следующие четыре направления: тройные материалы с большей емкостью; Трехкомпонентные материалы повышенной мощности; Совершенствование метода синтеза; Исследование добавок к электролиту в сочетании с тройными материалами.

Страница содержит содержимое машинного перевода.